KR101535697B1 - 누설이 없는 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체 - Google Patents

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유니베르시떼 뒤 멘느
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 코일(22), 사용시에 상기 코일(22)의 단부들 사이에 자속을 위한 경로를 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 자기 요소(23)를 포함하고, 자기 요소(23)는 상기 자속을 위한 곡선 경로를 제공하는 접합 자기 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 변환기 모터 구조체(20)에 관한 것이다.

Description

누설이 없는 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체 {IRONLESS AND LEAKAGE FREE COIL TRANSDUCER MOTOR ASSEMBLY}
본 발명은 코일 변환기 모터 조립체에 관한 것이며, 특히 누설이 없는 아이언리스(ironless) 코일 변환기 모터 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 확성기를 위한 가동 음성-코일 변환기 모터 조립체의 관점에서 설명된다. 그러나, 본 발명은 마이크로폰(microphone), 지오폰(geophone) 및 셰이커(shaker)와 같은 기타 응용예에도 유용하다고 생각된다.
자기장을 발생시키도록 구성된 자기장 발생 수단을 포함하고, 이 자기장 안에서 가동부 상에 고정된 코일이 구동 전류에 의해 구동되어 가동부에 연결된 다이아프램에 진동을 유발함으로써 소리를 만들어 낼 수 있는 전통적인 전기역학식 확성기에 사용되는 것들과 같은 음성-코일 변환기 모터 조립체는 다수의 잘 알려진 단점을 갖고 있다.
첫째, 그러한 모터 내에 자기장 특성을 제어하는 것을 돕기 위해 폴(pole) 조각과 소위 후방 및 전방 플레이트를 일반적으로 포함하는 철 스페이서의 존재는 몇 가지 종류의 비선형성을 야기한다. 이들은 에디(Eddy) 전류, 철의 자기 포화 및 저항 효과를 유발하는 위치에 있어서의 코일 인덕턴스의 변동을 포함한다. 그러나, 가동부에 가해지는 힘은 구동 전류의 이미지인 것이 바람직하다. 확성기의 가동부에 가해지는 구동력은 다음과 같다.
Figure 112010070295244-pct00001
여기서, FL은 라플라스력(Laplace force)이고, Fr은 저항력(reluctant force)이고, B는 음성-코일에 의해 나타나는 유도(induction)이고, l은 코일의 길이이고, i는 코일을 통해 흐르는 구동 전류이고, L은 코일의 인덕턴스(inductance)이고, x는 코일의 변위이다. 따라서, 수학식 (1)은 코일의 인덕턴스가 변하면, i2에 비례하는 저항력이 발생하여 라플라스력과 간섭한다는 것을 보여준다. 이 저항력은 힘의 왜곡을 발생시키고, 이는 곧 귀에 들리는 음향 왜곡을 발생시킨다.
둘째, 대부분의 확성기 모터에 의해 생성되는 자기장의 상당 부분은 다이아프램이 움직이게 하는데 기여하지 않는다. 자기장의 단순한 손실에 추가하여, 이러한 누설 자속은 근처에 배치된 강자성 물체에 의해 이끌려서, 장치 효율의 감소를 야기한다. 상호적으로, 이 누설 자기장은 근처에 배치된 일부 장치가 올바르게 작동하는 것을 방해할 수 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 아이언리스(ironless) 코일 변환기 모터 조립체의 몇몇 구조가 제안되었으며, 그것의 일례가 특허 문헌 FR2892886에 개시되어 있다.
이 개시된 조립체는 자화가 항상 외측 에지에 대해 평행하도록 하는 방식으로 배치되는 복수의 소결된 영구 자석을 포함한다. 자석들의 직각 배열은 자기장을 집속시키고 안내하기 위한 철 스페이서를 사용하지 않고 코일 경로 상에 집속되는 모터에 의한 자기장의 발생을 유발한다. 코일의 인덕턴스는 더 이상의 그것의 위치에 의존하지 않으며, 그 결과 저항력 및 앞서 나열한 철로 인한 기타 비선형성이 소멸된다. 또한, 인덕턴스가 감소하고, 따라서 특히 고주파에서 전기 임피던스도 감소한다.
그러나, 철 스페이서를 포함하는 전통적인 코일 변환기 모터 조립체에 비해 다소의 자기장 누설이 방지되기는 하지만, 이들 조립체는 특히 조립체의 외부 부분을 향하는 자기장 누설을 갖고, 이것은 그러한 조립체가 다른 전기 장치에 밀착되어 통합되는 것을 방해한다는 것이 여전히 단점이다.
이들 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체의 다른 문제점은 소결된 자석으로 만들어진 구조체는 특히 반경방향으로 자화된 자석 링에 있어서 별개의 자화 방향을 갖는 자석 링의 제조를 요구하기 때문에 조립하기가 어렵고, 이들을 서로 소결하기가 어렵다.
이들 두 가지 문제점이 더 강조될수록, 확성기의 치수는 더 감소한다.
본 발명의 목적은 개선된 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체를 제공하는 것이고, 특히 누설이 없는 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 제1항에 따른 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체를 제공한다.
곡선 경로를 제공할 수 있는 구조체를 자기 요소에 제공함으로써, 자기장 라인이 임의의 지점에서 구조체의 곡선을 따르고 아이언리스 코일 변환기 모터 조립체의 안팎에서, 그리고 특히 외부 방향을 향해 자기장의 누설이 방지되도록 자화가 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 특징은 종속항들에 개시된다.
- 상기 곡선 경로는 반타원형일 수 있고;
- 상기 자기 요소는 [x-z] 평면도에서 반타원형일 수 있고, 이것은 z-성분을 따라 더 컴팩트한 변환기를 제공하며;
- 단면에 있어서 상기 반타원형인 경로 또는 구조체는 장축(b)의 길이와 단축의 길이(h)의 비율이 2일 수 있고; 이것은 자기장 세기와 자석 요소 체적 사이의 양호한 절충을 제공하며;
- 상기 곡선 경로는 반원형일 수 있고;
- 상기 자기 구조체는 [x-z] 단면도에서 반원형일 수 있고, 이것은 x-성분을 따라 더 컴팩트한 변환기를 제공하며;
- 자기 요소는 코일을 대면하는 측면을 제외하면 상기 자기 경로가 항상 상기 자기 요소의 주연 에지에 대해 실질적으로 접하도록 자화될 수 있으며, 상기 자기 경로는 코일 대면 면의 에지에 대해 직각이며, 이것은 코일 주위로 고밀도의 자기장을 제공하며;
- 자기 요소는 접합(bonded) 자기 구조체를 포함할 수 있고, 이것은 조립하기가 더 용이하며;
- 접합 자석 요소(23)를 구성하는 재료를 수용하도록 구성되는 예비성형 몰딩 다이는 높은 자기장이 방해 없이 몰드 안으로 진입할 수 있도록 보장하기 위해 비자성 재료 또는 연자성 재료 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있고;
- 자기 요소의 자화는 접합 자석을 구성하는 재료가 여전히 액체일 때 구현될 수 있고;
- 접합 자석 요소는 희토류 재료계 합금을 포함할 수 있고, 바람직하게는 Nd-Fe-B, Sm-Co 및 Sm-Fe-N 중에서 선택될 수 있으며;
- 코일 모터 변환기 구조체는 코일이 장착되는 피스톤과 같은 가동부를 더 포함할 수 있고, 상기 가동부의 움직임을 안내하기 위한 적어도 하나의 자성유체 실(ferrofluid seal)을 포함할 수 있으며, 이것은 변환기 내에서의 가동부의 움직임에 있어서 비선형성을 감소시키며;
- 상기 자성유체 실은 가동부와 자속 구배가 최대인 영역인 자기 요소의 코일 대면 면 사이에 배치될 수 있고, 따라서 그 영역에서의 자기장 집중에 도움이 될 수 있으며;
- 상기 자성유체 실은 사용시에 열교로서 작용하여 코일에 의해 생성된 열이 상기 자성유체 실을 통해 유동하고 대기로 소산되는 것을 허용함으로써, 코일 모터 변환기 구조체 내에서의 열 소산을 개선하도록 구성될 수 있고;
- 코일 모터 변환기 구조체는 내부에 체적을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 중공형인 피스톤과 같은 가동부를 더 포함할 수 있고, 코일 모터 변환기 구조체는 외부 자기 요소 및 내부 자기 요소를 더 포함할 수 있으며, 내부 자기 요소는 가동부에 형성된 체적 내에 배치되고, 이것은 변환기의 컴팩트함을 개선한다.
또한, 접합 자석을 사용함으로써, 구조체의 다듬어진 단면 형상 및 최적화된 자화가 구현될 수 있어서, 더 컴팩트한 코일 모터 구조체를 허용한다.
0.9T보다 높게 자화되는 Nd-Fe-B 접합 자석을 얻는 것이 아직은 용이하지 않지만, 보상을 위해 거의 모든 형상을 구현할 수 있는 가능성이 독창적인 자기 구조체가 만들어지는 것을 허용한다.
특히, 타원형 구조체는 음성-코일 궤적 상에 집중되는 강한 자기장의 형성을 허용하고, 이것은 누설이 없는 확성기 모터의 목표이다.
마지막으로, 전체 구조체가 몰드 안에 직접 사출되고, 어떠한 환형 자석의 조립체도 필요하지 않으며, 이것은 대량 생산의 경우에 강력한 장점이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 코일 변환기 모터에 사용하기 위한 자기 요소를 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은
- 자기 파우더 및 열경화성 수지와 같은 접합 재료의 복합물을 액체 상태로 몰드에 제공하는 단계와,
- 상기 복합물을 상기 몰드 내에 액체 상태로 있는 동안 자화시켜, 상기 복합물이 상기 액체 상태에 있는 동안 상기 곡선 경로를 발생시키도록 하는 단계와,
- 상기 자기 요소를 형성하도록 상기 복합물을 경화시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 음성 코일 모터 구조체를 포함하는 확성기에 관한 것이며, 이것은 코일 변환기 모터 구조체(20)의 가동부(21)의 단부를 향해 고정된 다이아프램(13)에 진동을 유도한다.
본 발명은 예시의 방법으로만, 그리고 첨부된 도면을 참고하여 설명된다.
도 1은 접합 자석으로 만들어진 외부 자기장 발생 수단을 포함하는 음성-코일 변환기 모터 조립체의 개략 단면도이다.
도 2는 접합 자석으로 만들어진 외부 및 내부 자기장 발생 수단을 포함하는 음성-코일 변환기 모터 조립체의 개략 단면도이다.
도 3은 접합 자석과 자성유체 실(ferrofluid seal)로 만들어진 외부 자기장 발생 수단을 포함하는 음성-코일 변환기 모터 조립체의 개략 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 장방형 단면의 3개의 소결된 자석 음성-코일 변환기 모터 구조체 및 타원형 단면의 접합 자석 음성 코일 변환기 모터 구조체의 단면도이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 음성-코일 변환기 모터 구조체의 x-성분에서의 자기장의 크기를 비교하는 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4a 및 도 4b의 음성 코일 변환기 모터 구조체 각각에 있어서 z-성분에 대해 자기장의 x-성분의 크기를 비교하는 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 발생된 자기장 상의 타원형 구조체의 장축(b)의 길이와 단축(h)의 길이 사이의 비율의 효과를 나타내는 그래프이다.
도면을 참조하면, 특히 도 1에 확성기(10)를 관통하는 단면도가 도시되어 있다. 이 확성기(10)는 기본적으로 수신부(11) 및 하부 에지에 의해 다이아프램(13)에 부착되고 다이아프램(13)에 움직임을 유도하기 위해 축(z)을 따라 이동하도록 구성된 음성-코일 변환기 모터 구조체(20)를 포함한다.
다이아프램(13)은 원추 형상을 갖도록 서스펜션 수단에 의해 수신부(11)로부터 축(x)을 따라서 소정 거리에 유지된다. x축은 반경방향 평면과 z축을 포함하는 종방향 평면의 교차부에 의해 규정된다. 이들 서스펜션 수단은 일반적으로 스파이더로 알려지고 하부 에지를 향해 배치된 내부 서스펜션(15) 및 상부 에지를 향해 배치된 외부 서스펜션(16)을 포함한다.
안내 기능에 추가하여, 이들 서스펜션 요소(15, 16)들은 또한 확성기(10) 내에 발생된 자기장 때문에 음성 코일 변환기 모터 구조체(20) 내부로 들어와 정전기적으로 달라붙을 수 있는 먼지 및 미립자로부터 음성-코일(22)을 보호하는 역할을 한다.
이들 서스펜션 요소(15, 16)는 또한 가동부(21)를 안내하기 위한 자성유체 실(ferrofluid seal)을 포함할 수 있고, 특히 이하에서 더 상세히 설명되는 도 3에 도시된 것과 같은 스파이더를 대체할 자성유체 실(25)을 포함할 수 있다.
음성-코일 변환기 모터 구조체(20)는 음성-코일(22)이 권취된 가동부(21) 및 사용시에 상기 음성-코일(22)의 권선의 상부 경로(22H)와 하부 경로(22L) 사이에 자속을 위한 경로를 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 자기 요소(23)를 포함한다.
상부 권선(22H) 및 하부 권선(22L)은 적어도 하나의 권선을 포함하며, 바람직하게는 3개보다 적은 권선을 포함한다.
가동부(21) 또는 맨드렐은 실린더의 형상일 수 있으며, 내부에 체적을 한정하도록 완전히 또는 적어도 부분적으로 중공형일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자기 요소(23)가 반타원형 단면을 갖거나 또는 적어도 자기 경로가 반타원 형상을 가질 수 있다.
특정 실시예에서는 단면이 반원형이거나 또는 적어도 자기 경로가 반원 형상일 수 있다.
자기 요소(23)는 반타원 라인 또는 특히 반원형 라인을 따르는 주연 에지(23P) 및 자기장과 직각이 되도록 음성 코일(22)을 대면하도록 구성되는 코일 대면 면(23F)을 포함한다.
자기 요소(23)는 가동부(21)를 둘러쌀 수 있거나, 또는 중공형 가동부(21)의 경우에는, 내부에 형성된 체적 내에 배치될 수 있다.
자기 요소(23)를 가동부(21) 내부에 배치함으로써, 더욱 컴팩트한 음성 코일 변환기 모터 구조체(20)가 얻어질 수 있다. 또한, 자성유체 실을 사용하여 가동부(21)를 안내할 때, 가동부(21) 내부에 자기 요소(23)를 갖는 것이 유리한데, 그 이유는 자성유체 실이 가동부(21)의 z축 전체를 따라 활주하는 것이 허용되기 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 음성 코일 모터 구조체(20)는 외부 자기 요소(23E) 및 가동부(21) 내에 배치된 내부 자기 요소(23I)를 포함할 수 있다.
그러한 구조체는 특히 이중 코일 권선(23H, 23L)이 사용될 때 더 효율적이다.
본 발명에 따르면, 자기 요소(23)는 접합(bonded) 자석으로 만들어진다.
이것은 코일 대면 면(23F)을 제외하고 구조체를 통과하는 자기 경로가 항상 주연 에지(23P)에 대해 접하도록 구조체의 자화가 이루어지는 것을 허용하며, 자기 경로는 자속 누설을 방지하기 위해 에지에 대해 직각이다. 모터에 의해 생성된 자기장은 확성기(10)의 효율을 증가시키기 위해 음성 코일(22) 경로 상에 집중된다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 몇 개의 자석 요소 및 대응하는 코일들은 축(z)을 따라 적층될 수 있다. 그러한 구성은 셰이커 응용예서와 같이 높은 에너지 이동이 요구될 때 유리하며, 구조체의 누설 없는 특징은 인접한 발생 자기장들 사이에 혼선(crosstalk)이 없이 더 컴팩트한 모터를 허용한다.
접합 자기 요소(23)는 도 1에 도시된 반타원 형상과 같은 원하는 형상의 접합 자석을 형성하기 위해 예비성형 몰딩 다이 내에서 대개 열경화성 수지와 같은 유체인 바인딩 재료와 혼합된 자석 파우더를 포함하는 복합물로 만들어질 수 있다. 이들 접합 자석 요소(23)는 예를 들어 특허 문헌 GB2314799에 설명된 방법들 중 하나로 만들어질 수 있다.
이방성 자화 특성을 갖는 것이 바람직한 자석 파우더 재료가 페라이트 재료 또는 Nd-Fe-B, Sm-Co 및 Sm-Fe-N 합금과 같은 페라이트 재료보다 더 높은 자기 특성을 갖는 희토류 재료에서 선택될 수 있다.
예비성형 몰딩 다이는 높은 자기장이 어떠한 방해도 없이 몰드 안으로 진입할 수 있도록 보장하기 위해 비금속 재료 또는 연자성 재료 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
바인딩 재료는 접합 자석 요소를 제조하는 방법에서 요구되는 압축 몰딩의 조건에 가장 적합한 재료 중에서 선택된다.
그러한 요소의 제조의 비제한적인 예는 다음의 단계를 포함할 수 있다.
접합 자석 요소를 제조하는 방법은,
- 복합물을 형성하기 위해 수지가 액체 상태로 되는 경화 온도보다 높은 온도에서 열경화성 수지와 자석 파우더를 혼합하는 단계와,
- 예비성형 몰딩 다이를 복합물로 충전하고, 바람직하게는 다이 상에 제공되는 가열 수단이 복합물을 경화 온도보다 높게 유지하고, 더 바람직하게는 복합물의 점성이 가장 낮은 온도에 도달하게 하는 단계와,
- 자화 수단에 의해 자기장을 발생시키고, 바람직하게는 자석 파우더 재료가 자화 장치에 의해 생성된 자기장 라인을 따라 정렬되도록 몰딩 다이 내의 복합물에 압력을 가하는 단계와,
- 복합물이 냉각되고 압축된 후에 몰딩 다이를 제거하는 단계를 포함한다.
접합 자석의 사용은 반타원형 및 반원형과 같은 구조체의 다듬어진 단면 형상과 최적화된 자화를 허용한다. 유체는 몰드 내에 직접 사출되고 제품은 하나의 조각으로 형성되어, 다수의 소결된 자석 요소 버전과 달리, 접합 자기 요소(23)가 형성된 후에는 어떠한 조립도 필요하지 않다. 또한, 최적화된 자화는 음성-코일 변환기 모터 구조체(20)에서의 냉각의 요구를 낮추는데, 그 이유는 다이아프램(13)을 움직이는데 사용되는 동등한 에너지에 대해 더 낮은 크기의 자기장이 필요하기 때문이다.
이들 구조체에 의해 생성되는 자기장은 내측 면의 절반-높이 주위에서 높은 구배를 나타낸다.
더 일반적으로, 비대칭 단면 형상 또는 비대칭 곡선 자기 경로를 가질 때, 절반-높이 지점으로부터 구별될 수 있는 자속의 반전 지점 주위에서 높은 구배가 관찰된다.
이 높은 자기장 구배는 자성유체 실(25)의 사용이 가동부(21)를 안내하는 것을 허용하고, 도 1의 스파이더(15)를 대체할 수 있다. 하나의 가능한 자성유체 실은 본원에 참고로 인용되는 특허 문헌 FR2892887에 개시된 유형의 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 자성유체 실(25)이 가동부(21)와 자석 요소(23) 사이에 배치된다. 자성유체 실(25)은 자속 구배가 최대인 지점 주위에 배치된다. 도 3에 도시된 대칭적인 자기 요소(23)에 있어서, 자성유체 실(25)은 코일 대면 면(23F)의 절반-높이의 지점 주위에 있다.
자성유체 실(25)의 사용은 대개 엘라스토머로 만들어지는 서스펜션 요소(15, 16)에 의해 유발될 수 있는 코일 변환기 모터 구조체(20) 내의 가동부(21)의 이동에 있어서의 비선형성을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
또한, 자성유체 실(25)은 열교(thermal bridge)로서 작용하여, 코일 내에서 순환하는 전류에 의해 발생되는 열이 대개 카드보드와 같은 가벼운 재료로 만들어지는 가동부(21)보다 더 양호한 열교환 계수를 갖는 자기 요소(23) 및 수신부(11)를 통해 흐르고 그 안에서 소산되는 것을 허용한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 통상적인 장방형 단면의 3-피스 소결 자석 음성 코일 변환기 모터 구조체(20) 및 타원형 단면의 접합 자석 음성 코일 변환기 모터 구조체(20)의 단면도이며, 이것에 기반하여 2차원 계산이 행해졌으며, 그 결과는 이하에서 논의된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 구조체에 의해 생성된 자기장을 분석적으로 계산하기 위해 2D 콜롬비안(Coulombian) 방법이 사용된다. 계산을 위해 사용되는 모델의 기초는 "영구 자석 교번 구조체의 3차원 분석 최적화(Three-dimensional analytical optimization of permanent magnets alterned structure)"(IEEE Trans. Magn., vol 34, pp.242-247, 1998년 1월, F. Bancel 및 G. Lemarquand) 및 "희토류 철 영구 자석(Rare-earth Iron Permanent Magnets)"(ch. Magnetomechanical devices, Oxford Science Publications, 1996년, J.P. Yonnet)에 개시되어 있다.
타원형 단면의 접합 자석 음성 코일 변환기 모터 구조체(20)는 자기장의 분석적 계산이 수행되는 것을 가능하게 하기 위해 등각 섹션의 7개의 자석을 특징으로 한다.
자석을 설명하기 위해 자기 대전(charge) 모델이 사용된다. 각각의 삼각형 자석의 표면 대전 밀도 σ*는 자화 J'에 의해 규정되고, 다음과 같이 계산된다.
Figure 112010070295244-pct00002
여기서, n'은 외향 표면 법선 벡터이다.
자화는 자속 누설을 방지하기 위해 항상 타원의 외측 에지에 대해 실질적으로 평행한 것으로 간주된다. 그 결과, 자화는 다음과 같이 각각의 자석에 대해 균일하다.
Figure 112010070295244-pct00003
여기서 ρ*는 체적 대전 밀도를 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 실제의 구조체에 있어서는, "반경방향 분극화를 갖는 영구 자석의 스칼라 및 자기장을 모델링하기 위한 컬럼비안법의 사용(Using Coulombian approach for modeling scalar potential and magnetic field of a permanent magnet with radial polarization)"(IEEE Trans. Magn., vol. 43, pp1261-1264, 2007년 4월 H.L Rakotoarison, J.P. Yonnet 및 B. Delinchant)에서와 같이 체적 대전이 고려되어야 한다.
임의의 지점 M(x,z)에서 각각의 자석 표면에 의해 생성되는 자기장 B'는 다음에 의해 2D로 주어진다.
Figure 112010070295244-pct00004
여기서, P는 고려되는 표면 i 상의 지점이다.
전체적으로, 타원 구조체에 의해 생성되는 총 자기장을 얻기 위해 14개의 표면(각각의 자석에 대해 2개)에 의해 생성되는 자기장은 독립적으로 계산된 후 더해지는데, 이는 그들 상에 중첩이 적용되기 때문이다. 3개의 자석 구조체에 의해 생성되는 자기장을 계산하기 위해 동일한 방법이 사용된다. 장방형 구조체에 있어서, θ가 45°와 같으면(즉, a=h), 음성-코일을 대면하는 2개의 표면이 고려된다. 이것은 나머지 표면 대전 밀도가 2개의 다른 자석 인터페이스에서 0과 같다는 사실에 기인한다.
동일한 단면적을 갖는 2개의 구조체를 제공하기 위해 선택된 z-성분을 따라 동일한 치수(h)를 갖고 x-성분을 따라 상이한 치수(a 및 b)를 갖는 이들 2개의 구조체에 대해 계산이 행해졌다.
각각의 자석 요소에 있어서의 자화 값은 1테슬라(Tesla)와 같고, 이것은 Nd-Fe-B 접합 자석 요소에서 얻어질 수 있는 자화의 최대 값 근처이다.
도 5는 2개의 구조체를 위한 자석 요소의 전방에 생성되는 자기장의 x-성분의 크기 아이소라인(isoline)을 나타낸다. 반타원형 자석 요소(23)는 장방형의 것보다 더 양호한 결과를 제공한다: 발생된 자기장이 더 강하고 음성-코일의 나머지 위치 주위로 더 양호한 대칭성을 보인다(즉, z는 0.5cm 및 -0.5cm와 동일함).
도 6은 두 구조체에 대해 x-성분을 따라 자석으로부터 0.5mm만큼 떨어진 거리에서 자기 요소 구조체의 전체 높이(즉, -1cm와 같은 z 내지 1cm와 같은 z)의 전방에서의 자기장의 전개를 비교한다.
다시 한번, 타원형 구조체는 동일한 자석 체적을 갖는 장방형 구조체보다 더 양호한 결과(즉, 강도 및 코일의 나머지 위치 주위로의 대칭성)를 제공한다.
나머지 위치 주위로의 대칭성 및 전체 음성-코일 궤적을 가로지르는 유도의 균일성은 정밀한 확성기 모터를 위해 중요한 특성이다.
이 궤적의 길이는 저주파에서 의도된 음향 압력에 의해 결정되어, 최대 요구 음향 유동을 제공하고, 따라서 주어진 방사 표면에 대해 최대의 요구 이탈(excursion)을 제공한다.
예를 들어, 5cm 반경의 멤브레인을 갖는 확성기(10)로 축상 1m에서 그리고 100Hz로 95dB의 음압 레벨을 얻기 위해, 요구되는 이탈은 2mm이다. 나머지 위치 주위에서의 이러한 진동 범위를 고려한다면, 코일의 최저 위치와 최고 위치 사이의 자기장 강도의 차이는 타원 구조체에 있어서 1%이고 장방형 구조체에 있어서 3%이며, 이것은 확성기에 있어서 중요한다. 음성-코일 경로 상의 자기장의 균일성은 변환기의 선형성에 직접적인 영향을 미치고, 따라서 그것의 소리 재현의 충실성에 영향을 미친다.
도 7은 타원의 장축(b)과 단축(h) 사이의 비율의 함수, R=b/h로서 발생된 자기장을 계산함으로써 자석 요소(23)의 타원 구조체의 기하학적 형상의 영향을 나타낸다.

Claims (16)

  1. 코일 변환기 모터 구조체이며,
    적어도 하나의 코일과,
    사용시에 상기 코일의 단부들 사이에 자속을 위한 경로를 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 자기 요소를 포함하고,
    자기 요소는 상기 자속을 위한 곡선 경로를 제공하는 반타원형 단면의 단 하나의 접합 자석을 포함하는 접합 자기 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는
    코일 변환기 모터 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 곡선 경로는 반타원형인
    코일 변환기 모터 구조체.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 반타원형 경로 또는 구조체는 단면에 있어서 장축의 길이와 단축의 길이 사이의 비율(R)이 2인
    코일 변환기 모터 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 자기 요소는 적어도 하나의 코일을 대면하도록 위치 설정되는 측면을 포함하고, 자기 요소는 코일을 대면하는 측면을 제외하면 상기 자기 경로가 항상 상기 자기 요소의 주연 에지에 대해 실질적으로 접하도록 자화되며, 상기 자기 경로는 코일 대면 면의 에지에 대해 직각인
    코일 변환기 모터 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 자기 요소는 하나의 접합 자석으로만 이루어지는
    코일 변환기 모터 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 자기 요소의 자화는 접합 자석을 구성하는 재료가 여전히 액체일 때 구현되는
    코일 변환기 모터 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 접합 자석을 구성하는 재료를 수용하도록 구성되는 예비성형 몰딩 다이가, 높은 자기장이 방해받지 않으면서 몰드 안으로 진입하는 것을 보장하기 위해, 비자성 재료 또는 연자성 재료 또는 이들의 조합으로 만들어지는
    코일 변환기 모터 구조체.
  9. 제1항에 있어서, 접합 자석은 희토류 재료계 합금을 포함하는
    코일 변환기 모터 구조체.
  10. 제1항에 있어서, 코일이 장착되는 피스톤을 포함하는 가동부를 더 포함하고, 상기 가동부의 움직임을 안내하도록 구성되고 위치 설정되는 적어도 하나의 자성유체 실을 더 포함하는
    코일 변환기 모터 구조체.
  11. 제10항에 있어서, 자성유체 실은 자속 구배가 최대인 영역에서 자기 요소의 코일 대면 면과 가동부 사이에 배치되는
    코일 변환기 모터 구조체.
  12. 제10항에 있어서, 상기 자성유체 실은 사용시에 열교로서 작용하여 코일에 의해 생성된 열이 상기 자성유체 실을 통과하고 대기로 소산되는 것을 허용하도록 구성되는
    코일 변환기 모터 구조체.
  13. 제1항에 있어서, 내부에 체적을 형성하도록 적어도 부분적으로 중공형인 피스톤을 포함하는 가동부를 더 포함하고,
    코일 변환기 모터 구조체는 외부 자기 요소 및 내부 자기 요소를 더 포함하며, 내부 자기 요소는 가동부 내에 형성된 체적 내에 위치 설정되는
    코일 변환기 모터 구조체.
  14. 제1항에 따른 코일 변환기 모터 구조체에 사용하기 위한 자기 요소를 제조하는 방법이며,
    - 자기 파우더 및 접합 재료의 복합물을 액체 상태로 몰드에 제공하는 단계와,
    - 상기 복합물을 상기 몰드 내에 액체 상태로 있는 동안 자화시켜, 상기 복합물이 상기 액체 상태에 있는 동안 상기 곡선 경로를 발생시키도록 하는 단계와,
    - 상기 자기 요소를 형성하도록 상기 복합물을 경화시키는 단계를 포함하는
    자기 요소를 제조하는 방법.
  15. 제1항에 따른 코일 변환기 모터 구조체를 포함하는 확성기이며,
    코일 변환기 모터는 코일 변환기 모터 구조체의 가동부의 단부를 향해 고정된 다이아프램에 진동을 유도하도록 구성되고 위치 설정되는
    확성기.
  16. 제14항에 있어서,
    접합 재료는 열경화성 수지를 포함하는
    자기 요소를 제조하는 방법.
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