KR20030079966A - 이차 자기 구조를 갖는 평면 자기 스피커 - Google Patents

Abstract

싱글-엔드 디바이스에 비해 성능을 개선하며 더블-엔드 디바이스의 일부 결함을 제거한 개선된 자기 구조를 갖는 평면 자기 변환기는 지지 구조, 코일 도체를 포함한 격막, 적어도 하나의 일차 자기구조를 포함하며, 이차 자기 구조가 추가될 수 있으며, 자석을 더 넓게 이격시켜 더욱 개방된 구조를 제공하고 더욱 양호한 음향 성능을 제공하도록 자석-간 공간을 구성하고 고 에너지 자석을 사용함으로써 고주파 공명 및 감쇄를 제거하며, 자석-간 공간의 적어도 일부를 형성하도록 자석이 형성되고 더욱 효율적이고 저렴한 물질을 사용하며 성능을 개선시킴을 목적으로 한다.

Description

이차 자기 구조를 갖는 평면 자기 스피커{PLANAR-MAGNETIC SPEAKERS WITH SECONDARY MAGNETIC STRUCTURE}

확성기의 두 가지 일반적인 분야는 (i)동적 콘 디바이스와 (ii)정전기적 박막 디바이스를 포함한다. 음향 재생 기술의 덜 탐구된 제3 분야는 박막 프린지-필드 평면 자기 스피커이다.

제3 분야는 두 가지 스피커 디자인 분야의 연결 기술로서 동적/콘 변환기의 자기 모터를 정전기적 디바이스의 필름-형 격막과 조합하는 것이다. 그러나 지난 40여년에 걸쳐 상당 수준으로 시장에서 받아들여진 평면 자기 스피커는 생산되지 못했다. 사실상 현재 평면 자기 스피커는 전체 확성기 시장의 1%미만을 차지한다. 이것은 이 기간에 걸쳐 제한된 수의 고가 상품에서만 실시되고 여전히 탐구과제로 남은 음향 기술 분야이다.

스피커에 대한 시장의 호응과 더불어서 경쟁적인 문제가 존재한다. 성능 및 품질에 추가적으로 경쟁력 있는 스피커는 가격이 합당해야 하며 크기 및 중량이 현실적이어야 하며 견고하고 신뢰성이 있어야 한다. 두 가지 상이한 스피커가 필적할만한 오디오 출력을 제공한다고 가정하면 성공적인 시장 침투에 결정적인 인자는 가격, 편리 및 심미적 외양이다. 가격은 재료 단가 및 조립 비용과 같은 시장 인자, 소비자의 호응도(실제 품질 및 성능과 구별되는), 제품에 대한 수요 및 공급의 함수이다. 편리는 이동성, 무게, 크기와 소비자가 원하는 사용 지점에 대한 적합성과 같이 스피커가 사용되는 방식에 대한 제품의 대응성이다. 마지막으로 스피커의 심미적 측면은 디자인의 매력, 실내장식과 양립성, 판매 및 사용 장소에서 주변 환경에 대한 외양을 포함한 소비자 관심도에 대한 것이다. 평면 자기 스피커가 이러한 사항에 있어서 전통적인 전기역학적 및 정전기적 스피커를 능가할 정도로 진보될 수 있다면 이성적인 소비자라면 지불된 구매 가격에 최상의 가치를 제공하는 제품을 채택할 것이므로 추가 시장 침투가 가능할 것이다.

전통적인 평면 자기 스피커의 성공 및 실패, 디자인 목표, 필요한 작동 특징에 대한 측면이 설명될 것이다. 2개의 기본 범주인 싱글-엔드 및 대칭적 더블-엔드 디자인("푸시-풀"이라 칭하는)에서 프린지 필드 평면 자기 스피커가 발생되었음을 주목할 가치가 있다.

전통적인 더블-엔드(푸시-풀) 디바이스가 도1에 도시된다. 이 구조는 전도성 코일(13)을 포함한 신축성 격막의 대향면에 위치된 천공 기판(14,24)에 의해 지탱되는 2개의 자기 배열(10,11)을 특징으로 한다. 필름은 평면 구성으로 인장된다. 오디오 신호가 코일(13)에 공급되면 코일에 제공된 가변 전압 및 전류가 가변 자기장을 생성하고, 이 자기장은 자기 배열(10,11) 사이에 설정된 고정 자기장과 상호작용 한다. 격막이 오디오 신호에 따라서 변위되어 필요한 음향 출력을 발생한다.이러한 기술이 미국특허4,156,801(Whelan)에 발표된다.

공지 기술의 푸시-풀 자기 구조의 더블-업 전면/배면 자석 레이아웃 때문에 더블-엔드 시스템은 더욱 효율적이지만 구축이 더욱 복잡하다. 또한 자석 배열(10,11)의 자석 간격에 의해 형성된 공동이나 채널(16)과 기판의 구멍(15)을 통한 음파의 통과로 인한 공동 공명의 형성 때문에 성능이 제한된다. 이것은 특정 주파수에서 공명 피크 및 대역 제한 감쇠를 초래할 수 있다.

더블-엔드 디자인은 디바이스를 외향으로 변형시키는 경향이 있는 자기 척력으로 인한 변형에 특히 민감하다. 외향력은 격막의 에지를 가깝게 당겨서 격막의 장력을 변화시킨다. 이것은 성능을 크게 저하시키고 시간이 지나면 스피커를 쓸 수 없게 한다.

또 다른 범주의 평면 자기 스피커는 싱글-엔드 디바이스를 포함한다. 도2에서 여러 전도성 소자(18)와 신축성 격막(17)을 갖는 전형적인 싱글-엔드 스피커 구성이 도시된다. 격막은 인장되고 프레임의 기판(19)에 있는 프레임 부재(도시안된)에 의해 지탱되며 프레임은 단일 자석 배열(20) 너머로 외향 및 상향으로 연장되어 격막의 갭이나 자석의 면으로부터 오프셋 거리를 위치시켜 격막의 진동을 수용한다. 자석 배열은 격막에 배치된 코일 도체(18)에 고정된 자기장을 제공한다. 단일 자석 배열(세라믹이나 가황 페라이트 조성물로 된)은 명백히 유사한 자석이 사용될 경우 푸시-풀 디바이스에 비해 훨씬 감소된 에너지 장을 제공한다. 콤팩트한 크기의 종래 싱글-엔드 디바이스는 상용화에 적합하지 않다.

전통적인 싱글-엔드 디바이스는 효과적인 작동을 위해서 꽤 커야하며 이 경우에도 표준 정전기식 및 전기역학적 콘-타입의 확성기 디자인보다 효율적이지 못하다. 적거나 평균 크기의 싱글-엔드 평면 자기 디바이스(전통적 스피커의 표준 크기에 비해서)는 평면 자기 스피커의 도입 이래로 확성기 시장에 효과적으로 참여하지 못하였다. 300제곱 인치 이상의 매우 큰 디바이스가 스피커 시장에서 소비자가 구매할 수 있지만 이것 역시 제한된 경쟁력을 갖는다. 즉 이들은 호응도, 적합성, 가격 및 성능에 있어서 표준 스피커와 동등하다. 그러나 이렇게 큰 격막을 갖는 공지 싱글-엔드 평면 자기 디바이스는 매우 크고 비싼 구조를 요하며 어떤 환경에서 이렇게 큰 구조를 배치하기가 곤란할 수 있다. 이들은 전통적인 정전기식 및 동력학적 변환기에 비해 효율이 낮아 이들을 구동할 적절한 신호 세기를 제공하기 위해서 더욱 비싼 증폭기가 필요하다.

일견하면 싱글-엔드 디바이스는 더블-엔드 디자인보다 구축이 간단하고 저렴하게 여겨진다. 더블-엔드 자석 배열의 조합된 두께에 상응하도록 자석의 두께를 두배로 함으로써 동일한 양의 자석물질이 사용될 수 있다. 두께가 두배인 자석은 더블 엔드 디바이스 두께의 절반인 자석 2개보다 싸므로 싱글-엔드 구성은 상당히 저렴하다. 게다가 싱글-엔드에서 구조적 복잡성이 덜 하므로 단가가 저렴해진다.

그러나 대부분의 디자인에서 자석 두께를 두배로 하는 것은 공지 평면 자기 디바이스에 사용된 전통적인 페라이트 자석을 사용한 자석 배열과 격막 간의 갭에서 자기 에너지를 두배로 하지 못한다. 따라서 싱글-엔드 디바이스에서 더 저렴하고 더 양호한 성능은 실현되지 못했다. 싱글-엔드 평면 자기 디바이스의 디자인을 개선하는 시도에서 충분히 높은 자기 에너지를 가지도록 많은 수의 매우 가까운 간격의 자석을 사용한다. 그러나 이 경우에도 평면 면적이 매우 커야 하므로 충분한 감도와 음향 출력을 발생하도록 더욱 많은 수의 자석을 사용한다. 적어도 이러한 이유로 상업적으로 허용되는 싱글-엔드 평면 자기 디바이스를 개발하려는 공지 시도는 필요한 저-단가 디자인을 달성하지 못했다. 이것은 구조의 기본 형태가 풀-푸시 디바이스보다 단순하여도 적용된다.

더블-엔드 평면 자기 확성기 구조는 싱글-엔드 디자인과 매우 다르다. 가령 전면 및 배면 자기 구조의 자기 회로가 상호작용 하므로 최상의 결과를 위해 최적화 되어야 할 필수 소자간의 관계, 다양한 매개변수, 간격을 요한다. 이러한 더블-엔드 자기 관계는 더 큰 척력을 초래해서 안정적인 기계적 구조를 갖기가 더욱 곤란하지만 자기 물질의 더 양호한 활용을 가능케 하는 더욱 초점이 잡힌 장을 제공한다. 관련 필수 소자 간의 고유한 최적의 관계를 갖는 싱글-엔드 변환기에 대해 이전 가능한 상호작용 관계의 수는 적다.

공지 평면 자기 스피커, 특히 공지 싱글-엔드 디바이스는 나란히 밀접하게 배치된 자석열을 활용한다. 자석은 자석 사이에 중심을 잡은 전도성 와이어(18)를 포함한 필름 격막을 향하도록 교대 극성으로 배향된다. 이러한 공지 다바이스에서 전도성 와이어에 의해 포획될 자석 에너지는 인접 자석 간에 역선을 갖는 공유 자기장이다. 이러한 공지 디바이스에서 극성이 반대인 두 인접 자석의 주간 지점에서 자기력이 최대이므로 이러한 지점에서 장에 전도성 와이어를 배치하는 것이 전형적이다. 자석간의 중심 지점에서 최대화된 플럭스 밀도를 달성하기 위해서 (i)시스템의 총 크기가 증가될 필요가 있고, (ii)푸시-풀 평면 자기 변환기에서보다 싱글-엔드 디바이스에서 자석이 더 밀접해야하고 수가 많아야 한다.

게다가 표준 동력학적 콘-타입 스피커에 비해서 박막 평면 확성기는 적절한 기능을 위해 최적화되어야 하는 임계 변수를 갖는다. 매개변수는 필름 격막 장력이다(미국특허 4,803,733참조). 평면 디바이스에서 격막의 일정하고 장기간 안정한 장력은 확성기의 성능에 매우 중요하다. 이것은 여러 해 동안 박막 평면 디바이스에서 문제였으며 현재의 막막 디바이스 디자인 및 제조에서 문제가 된다. 가장 주의 깊게 조절된 디바이스는 단기간 기준을 충족시킬 수 있지만 격막 재료나 격막 장착 구조의 칫수 불안정성 때문에 장력 변화로 장기간 문제를 가질 수 있다. 이러한 문제의 해결책은 자석 배열 구조 내에서 힘의 상호작용이다. 싱글-엔드 자기 구조의 밀접한 자석 간격 때문에 인접한 자석열에 의해 발생된 자기력은 상호작용 하여 자석간 간격과 극성과 같은 인자에 따라 척력 또는 인력을 발휘한다. 이러한 상호작용은 시간이 지나면서 재료를 변형시키고 필름 장력을 변화시킬 수 있다. 이것은 시간이 지나면서 스피커 성능을 저하시킨다. 정전기식 확성기는 임계 격막 장력 문제가 있지만 동일한 방식이나 동일한 정도로 장력을 변화시키는 자기력이 크지 않다. 동력학적 콘-타입 스피커는 자기력과 강한 관련 힘을 가지지만 격막을 활용하지 않는다. 격막 장력에 대한 장기간 안정성에 있어서 평면 자기 스피커는 고유한 도전이다.

전통적인 평면 자기학으로는 자기 구조에서 자석의 수나 세기를 증가시켜 유도된 자기 에너지 증가가 보정된 필름 장력과 자기력의 간섭문제를 더욱 악화시킨다. 이것은 특히 시간이 지남에 따라 그러하다. 이러한 문제는 당해 분야에서 공지이다. 공지 단일 면 평면 자기 디바이스가 미국특허 3,919,499(Winey)에 발표된다.

자석 자체에 있어서 평면 자기 스피커용으로 적절한 자석의 선택이 중요하다. 10년 이상 고-에너지 네오디뮴 자석이 전기역학 콘-타입 스피커에 사용되었다. 그러나 이러한 스피커는 자석 물질 구조와 자석을 지탱할지지 구조를 사용하지 않고 동시에 자석에 의해 초래된 변형의 영향을 받을 수 있는 격막에 장력을 유지한다. 이러한 고-에너지 네오디뮴 자석은 지난 10년에 걸쳐 싱글-엔드 평면 자기 변환기에 효과적으로 적용되지 않았다. 이것은 스피커 출력을 증가시키고 크기를 감소시키고자 개선된 자기회로가 매우 필요하여도 그러하다.

매우 밀접한 병렬 간격을 갖는 최신 자기 구조 디자인에서 고-에너지 자석이 갖는 문제는 지지 구조를 왜곡시켜 격막 장력에 영향을 주며 존재하는 자석 부착 수단의 안정성에 영향을 줄 정도로 인력이 너무 세다는 것이다. 이러한 이유로 강한 자석은 시판 평면 자기 변환기 디자인에 사용되지 않았다.

특히 더블-엔드 디바이스의 경우 자석 간의 좁은 채널로 인해 공동 공명 및 기타 왜곡 문제가 발생하여지지 구조물의 구멍을 통해 외부로 방출한다. 싱글-엔드 디바이스는 특히 자석 간격이 밀접하여 자석 사이의 공동이 깊고 좁은 경우 성능 엔벨로프의 고 및 저 주파수에서 특히 왜곡을 받는다. 적어도 부분적으로 이것은 공지 디바이스에서 자석의 밀접한 간격 때문이며 지지 구조를 통한 구멍과 공동의 모양 때문에 대역 제한 감쇄 및 공명이 일어난다.

자기 회로 구성과 격막 전도성 영역에 대한 관계도 중요하다. 코일과 자기구조의 상호작용 최대화는 더 양호한 성능 획득에 핵심이며 특히 낮은 주파수에서 반응을 개선할 수 있다. 격막 물질의 열적 및 차원 안정성 역시 특히 장시간 제품 사용 기간에 걸쳐 성능에 중요하다. 유사하게 격막 상에나 내에 코일의 포함도 중요하다. 코일 도체가 끊어져 개방 회로가 되면(피로 고장에 의해) 스피커 성능이 희생된다. 싱글 및 더블 엔드 디바이스는 모두 다른 사항이 적용되지만 디자인 설계에 대한 배경을 제공한다. 싱글 및 더블 엔드 디바이스는 모두 서로 장단점을 가지며 전통적인 정전기식 및 전기역학적 콘-타입 디바이스에 비교되는 장단점을 가진다. 그러나 싱글 및 더블 엔드 평면 자기 변환기는 자기 드라이브 사용을 최대화하고 상업적 허용을 얻는데 있어서 전통적인 콘 타입 및 정전기식 스피커에 비해 뒤쳐진다.

요약하면 지금까지 평면 자기 확성기의 전통적인 더블 또는 싱글 엔드 디자인은 동력학적 및 정전기식(효율이 높고 저렴한) 스피커에 비해 경쟁력이 떨어진다.

이러한 시장 성공의 실패는 40년 이상 계속되었다.

발명의 요약

본 발명은 진동 가능한 적어도 하나의 박막 격막을 포함한 평면 자기 변환기에 활성 영역을 포함한 제1 표면 및 제2 표면을 제공하며, 상기 활성 영역은 자기 구조와 상호작용 하여 전기 입력 신호를 음향 출력으로 전환시키도록 구성된 적어도 하나의 전도 영역을 갖는 코일; 25메가 가우스 에레스테드 이상의 에너지 출력을 갖는 적어도 하나의 기다란 고 에너지 자석을 포함한 일차 자기 구조를 포함한다. 자석은 34mGO 이상이고 네오디뮴을 포함할 수 있다. 이 변환기는 격막을 붙잡아 예정된 장력 상태로 유지하도록 일차 자기 구조 및 격막에 연결된 장착지지 구조도 포함한다. 격막은 격막의 한 표면에 인접한 일차 자기 구조로부터 일정 거리 이격된다. 전도성 표면 영역은 상기 자석과 나란한 하나 이상의 기다란 전도 경로를 포함한다. 장착지지 구조, 자기 구조의 복수 자석 및 격막은 조합된 조성을 가지며 예정된 공간 관계로 위치되며, 자기적 관계의 구성은 공지 싱글 또는 더블 엔드 평면 자기 디바이스에 비해 개선된 성능을 제공한다.

변환기는 또한 일차 자기 구조 및 전도성 영역과 협동하여 성능을 개선하는 이차 자기 구조를 포함한다. 변환기는 또한 자기 에너지 사용을 최대화 하도록 구성된 상이한 에너지의 자석, 가상 극을 추가로 포함한다. 변환기 중심 부위에서 에너지가 최대이며 중심에서 측면으로 갈수록 감소한다. 자석과 격막 간의 갭이 가변적이어서 격막 이동을 허용할 수 있으며 동시에 장의 상호작용을 최대화 한다. 이차 자기 구조는 자유롭게 음파 통과를 하도록 더욱 개방된 구조를 갖는 지지 구조에 지탱되어 특히 고 주파수에서 반응을 개선한다. 자석과지지 구조는 플레어 또는 뿔 모양의 단면 자석-간 공간을 제공하도록 구성되어 고주파에서 반응의 선형성을 개선한다.

변환기 내에서 자기 에너지를 더욱 효과적으로 사용하게 하며 더 적은 수의 자석을 사용하면서 자기 에너지를 향상시키고 격막 및 서로에 대한 관계에 있어서 자석을 재-배향하는 개선된 싱글-엔드 또는 쿼시-푸시-풀-구조, 비대칭 장착 자기 구조를 포함한 자기 구조가 발표된다.

상술하면 신규 자기 구조 및 포맷은 다음을 포함할 수 있다:

-일차 싱글 엔드 자기 구조로부터 격막의 맞은편 면에 하나 이상의 이차 자석을 갖는 쿼시-푸시-풀-싱글 엔드 자기 구조. 이들은 중심 자석으로부터 거리에 대한 작동 자기장 에너지 변화, 격막의 이차 표면에 대한 격막의 일차 표면에서 자기 계수의 변화, 자석의 실제 자극과 조합된 백 아이언 리턴 경로로부터 유도된 가상 자극 조합, 즉 싱글 엔드 또는 쿼시-푸시-풀 디바이스에서 가상 자석과 철계 자기 리턴 경로/혼성 자석 또는 전면-배면 오프셋 철계 자기 리턴 경로 자기 회로를 가지도록 배열된다.

-가벼운 격막 조절을 위해 변환기의 외부 변부에서 리턴 플럭스를 갖는 가상 자기 리턴 경로 자극-싱글 엔드, 혼성 또는 오프셋 푸시-풀.

90도 방향으로 회전된 자석, 즉 각 자석은 싱글-엔드, 더블-엔드 및 혼성에서 병렬 북극/남극이 0 및 90도 조합으로 배향되며 한 자석은 2개의 분리된 자석을 대체한다.

-자석 자체 보다 격막에 가까운 보충 가상 자극을 갖는 자석열 네오디뮴 싱글 또는 더블 평면 자석 변환기 시스템.

-싱글 자석 구조를 걸친 2개의 격막, 중심에서 거리에 따른 격막 간격이나 장 세기가 변하는 자석, 추가 자기 푸시-풀 트위터 집적회로를 갖는 인사이드 아웃 싱글 엔드 평면 자기 변환기.

-더 큰 저주파 디바이스에 집적된 부분 또는 완전 더블 엔드 트위터를 갖는 싱글 엔드 저주파 장치일 수 있는 저주파 평면 격막 내에 집적된 동축 가변 트위터. 코너, 단부 도는 측면이 선호되지만 중심에 장착하는 것이 효과적일 수 있다.

본 발명은 평면 자기 스피커의 개량에 관계한다. 특히 본 발명은 싱글-엔드 및 더블-엔드 디바이스용 자기 회로 구성에 관계한다.

도1은 더블-엔드 자기 구조를 갖는 공지 기술의 푸시-풀-평면 자기 변환기의 부분 단면도이다;

도2는 공지 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도이다;

도3은 본 발명에 따른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도이다;

도4a는 본 발명에 따른 또 다른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도이다;

도4b는 본 발명에 따른 또 다른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 상이한 최외곽 일차 자석 에너지를 갖는다;

도4c는 본 발명에 따른 또 다른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 상이한 최외곽 일차 자석 에너지를 갖는다;

도4d는 본 발명에 따른 또 다른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 상이한 최외곽 일차 자석 에너지를 갖는다;

도4e는 본 발명에 따른 또 다른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 상이한 최외곽 일차 자석 에너지를 갖는다;

도5는 본 발명에 따른 싱글-엔드 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석을 갖는다;

도6은 본 발명에 따른 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석을 갖는다;

도7은 본 발명에 따른 또 다른 평면 자기 변환기의 부분 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석을 갖는다;

도8은 본 발명에 따른 평면 자기 변환기의 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석과 자기 갭을 갖는다;

도9는 본 발명에 따른 또 다른 평면 자기 변환기의 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석과 자기 갭을 갖는다;

도10은 본 발명에 따른 또 다른 평면 자기 변환기의 단면도로서 더 적은 일차 외부 자석과 자기 갭을 갖는다;

도11은 가상 자극과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도12는 가상 자극과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 실시 변환기의 단면도이다;

도13은 가상 자극 및 가변 자기 갭과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도14는 가상 자극 및 가변 자기 갭과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 변환기의 단면도이다;

도15는 가상 자극 및 가변 자기 갭과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 변환기의 단면도이다;

도16은 가상 자극 및 가변 자기 갭과 조합된 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 변환기의 단면도이다;

도17은 가상 자극 및 가변 자기 갭과 조합된 싱글-엔드 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도18은 가상 자극 및 더 작은 자기 갭과 조합된 단일 열 더블-엔드 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도19는 가상 자극 및 더 작은 자기 갭과 조합된 단일 열 싱글-엔드 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도20은 교대하는 가상 자극을 포함한 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도21은 가상 자극 및 가변 자기 갭을 포함한 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도22는 고주파용 더블-엔드 자기학을 갖는 비대칭 자기학을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도23은 외부 열에서 더 낮은 에너지 자석을 갖는 일차 자기회로의 각 면의 경계에 이중 격막을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도24는 외부 열에서 더 작고 밀접한 자석을 갖는 일차 자기회로의 각 면의 경계에 이중 격막을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도25는 변환기의 고주파 섹션의 출력을 증가시키기 위해 이차 자석을 갖는 일차 자기회로의 각 면의 경계에 이중 격막을 갖는 본 발명에 따른 변환기의 단면도이다;

도26은 본 발명의 진동 가능한 격막의 이미지의 전면도이다;

도27은 본 발명의 또 다른 변환기의 단면도이다;

도28은 본 발명의 또 다른 변환기의 단면도이다;

도29는 주파수 응답과 자석-간 공간 기하를 비교한 도면이다;

도30은 주파수 응답과 자석-간 공간 기하를 비교한 또 다른 도면이다;

도31은 다양한 자석 모양을 보여주는 도면이다;

도32는 일차나 이차 자기 구조로 사용될 수 있는 천공된 가상 자극을 포함한 변환기의 단면도이다;

도33은지지 구조의 구멍과 플레어 자석-간 공간에 도시된 자석, 가상 자극을 포함한 단면도로서 이 구성은 일차나 이차 자기 구조에 사용될 수 있다;

도34는 천공된 가상 자극과 중첩한 국지 및 공유 자기장 라인 루프를 포함한 변환기의 단면도이다;

도35는 또 다른 단면도이다;

도36은 또 다른 단면도로 이차 자기 구조가 아웃라인에 도시된다;

도37은 또 다른 단면도로 이차 자기 구조 및 천공이 아웃라인에 도시되며 천공판을 포함한다;

도38은 또 다른 단면도로 추가 자석을 포함한 이차 자기 구조가 아웃라인에 도시된다;

도39는 이차 자기 구조가 첨가될 수 있는 싱글-엔드 디바이스의 일차 자기구조의 단면도이다;

도40은 본 발명의 변환기의 부분 단면 파쇄 사시도로서 이차 자기 구조가 아웃라인에 도시되며 전류 흐름이 화살표로 도시된다;

도3에서 평면 자기 변환기(10)에서 고-에너지 자석(35,36)을 최적화할 경우 매우 가치 있는 본 발명의 개념은 격막의 중심부위(21c)에서 자기 에너지 증가이다. 더 큰 자석을 배치하여 자기물질 증가의 경우 전통적인 자기 이론과 전자기 변환기에 대한 관계에서 예견된 것 보다 더 많은 효율을 얻었다. 종래에는 변환기의 총 자기 에너지를 41%증가시키면 효율이 3데시벨 증가한 것으로 인식된다. 본 발명자에 의해 격막(21)의 중심부위(21c) 자기 에너지가 2배가 될 경우에나 이차 자석열(36a)에 집중된 자석을 첨가하여 5 자석열 시스템(35)의 중심 자석열(35a)의 에너지를 2배로 할 경우 평면 자기 변환기에서 3데시벨 감도 증가가 된다. 이것은 총 자기 에너지의 20% 증가이거나 3dB 효율 증가를 달성할 이론치의 절반 미만이다. 이러한 특성은 전체 이동 가능한 콘 격막 표면을 가로지른 콘 이동 방향에서 일정한 편향을 하는 현가 콘 타입 변환기에 비해 중심에서 격막을 더 쉽게 휘는 능력을 가진 긴장된 격막 변환기에서 고유하다.

그러므로 변환기(10) 중심에서 격막(21) 평면에서, 즉 중심 자석(35a)에서 최대가 되고 최외곽 영역에서 측면에서(자석(35d,35e)) 더 적은 에너지를 가지도록 자기력을 조직함으로써 자기 에너지가 최대로 사용된다. 이것은 주어진 음향 효율을 위해 자석 비용을 줄일 수 있다. 혹은 주어진 비용의 총 자석에서 이것은 더 큰 변환기 효율을 제공한다.

이용 가능한 에너지의 중심 집중 방식이 1이상의 계수를 갖는 자석의 다양한조합으로 사용되고 분배될 수 있다. 최외곽 자석은 더 적은 에너지를 가지며 중심 자석(35a) 이외의 모든 자석의 조합은 변환기의 중심에서 측면으로 거리가 떨어지면 에너지가 감소된다. 혹은 평면 자기 변환기에서 격막의 중심 이외의 부위에 비해 중심 부위에서 자기 에너지를 증가시켜 이득을 취할 수 있다.

이러한 개념은 활성 상태 동안 진동 가능한 격막(21)은 격막 운동이 가장 많이 필요한, 디바이스의 저주파 범위에서 고 출력을 생성할 경우 특히 중심부위에서 먼 모든 영역보다 중심(21c)에서 더 쉬운 변위와 운동 자유도를 보인다는 점을 활용한다. 이것은 변위에 대한 저항성이 가장 적은 중심에서 격막을 강제로 구동하여 획득된 기계적 장점으로 인해 실현된다. 따라서 격막 갭 거리(31)에 더 가까운 자석 면을 갖는 디바이스를 구축하여 격막 편위 한계에 도달하지 않으면서 변환기(10)외부방향으로 적은 자기장 세기로 더욱 효과적인 자기 커플링을 일으킬 수 있다.

격막(21)의 전도성 영역(26)의 코일 도체(27)에 의해 결합에 이용 가능한 자기장 에너지를 중심에 증가하는 개념은 25mGO, 심지어 34mGO이상의 에너지를 갖는 고-에너지 자석 사용과 조합될 경우 특히 효과적이다. 본 발명자는 공지 디바이스에서처럼 자석 간의 공유된 장 세기를 증가시키도록 자석을 밀접하게 배치하지 않고 자석을 분산시켜 에너지를 증가시키고 국지 루프 에너지의 사용을 최대화함으로써 다양한 효율 증가로 더 효과적인 디바이스를 구축할 수 있음을 발견하였다. 이의 세부사항은 미국 특허출원 대리인 번호 T9573에 발표된다. 싱글-엔드 디자인을 주로 다루면서 그 이상의 디자인에 적용할 수 있다.

도3에서 일차 자기 구조(35)의 5개의 일차 자석열과 이차 자기 구조(36)의 1개의 이차 자석(36a)을 갖는 예가 도시되는데 자석의 수, 갭 간격, 자석에 대한 전도성 코일 영역(26)의 도체(27)의 상대적 위치는 가변적이다. 단지 3개의 일차 자석열을 갖는 구조가 가능하며 3개 이상의 자석열(35a,35b,35c)로 최고 성능의 변환기가 달성된다. 홀수 자석열을 사용함으로써 전도성 영역(26)과 기타 소자가 효율적으로 작동하고 주어진 출력에 비용이 저렴함이 발견되었다. 그러므로 일차 자기 구조(35)에 3개, 5개, 혹은 그 이상의 홀수 일차 자석열이 선호된다.

본 발명은 제1 표면(22)과 제2 표면(23)을 갖는 박막 격막(21)을 활용한 싱글-엔드 평면 자기 변환기(10)의 작동을 개선하는 방법으로 전기 오디오 신호를 운반하도록 구성된 하나 이상의 도체를 포함한 전도 영역(26)을 포함시켰다. 25mGO 이상의 고-에너지 자석을 포함한 일차 자기 구조(35) 및 이차 자기 구조(36)로부터 이격되도록 격막이 위치되며 34mGO 이상의 에너지를 가지며 네오디뮴을 포함한 자석 물질이 사용될 수 있다. 향상된 변환기(10)의 기능은 장기간 유지된다. 보정은 (i)자석(35a-35e) 간의 적절한 간격(55), (ii)격막까지 자석 간격(31), (iii)장기간에 걸친 격막(21)의 장력에 의해 행해진다. 격막(21)은 전도 영역(26)의 전도 라인(27)이 오디오 신호의 가변 전류/전력을 수신 및 운반할 경우 음향 출력을 생성하도록 전도 영역에 작동하는 힘에 의해 움직이는 음향 활성영역(25)을 포함한다. 코일 도체(27)는 자석열과 함께 작동하여 격막을 진동 운동시켜 변환기가 전자적 형태를 수신해서 공기 중에 기계적 오디오 파를 발생하도록 하는 오디오 출력을 발생한다.

게다가 도3에서 이차 자기 구조의 지지 구조(30b)의 구멍은 전통적인 더블-엔드 변환기의 완전 거울상 구조의 경우 보다 크고 많다. 제공된 추가 자석 물질로부터 성능 향상을 최대화하기 위해 중심에 위치된 이차 면 상의 자석 수가 적으므로 더 많은 지지 구조(30b) 표면이 개방되어 공기 및 음파의 통과를 허용한다.

도3의 변환기는

격막:

-재료:Kaladex OEN(폴리에틸렌나프탈레이트)필름

-크기:0.001인치 두께, 2.75인치 폭, 6.75인치 길이

-도체 접착제:가교 결합되는 폴리우레탄-5마이크론 두께

-도체:17마이크론 두께의 알루미늄 합금 포일

-도20에 따른 알루미늄 전도 패턴, 전도 경로 저항=3.6옴

-격막의 외부에 적용된 CP Moyen 폴리비닐에틸렌 댐핑 화합물

-코일 패턴:내부 갭마다 4 코일 권선

-도체의 폴=0.060인치

-도체 간의 간격=0.020인치

장착지지 구조:16게이지 냉간 압연강

-크기:3인치×8인치

-일차 자석 구조의 배면에 0.060인치 펠트 댐핑

-필름 접착제-80첸 시아노아크릴레이트

-자석과 격막 간격(31)=0.028인치

-자석과 자석의 간격(55)=0.188인치

자석:

-접착제:촉매화 혐기성 아크릴

-5개의 일차 열과 한개의 이차 열 자석 3개 , 0.188인치 폴, 0.090인치 두께, 2인치 길이(총 6인치 열 길이)

-니켈 코팅 네오디뮴 철 붕소 40mGO

성능:

-공명 주파수:200-230Hz(격막 장력에 의해 조정 가능)

-고주파 대역폭:-3dB@>30kHz

-감도:2.83볼트>95dB@1kHz

한 측면에서 이차 자기 구조(36)를 지지하는 지지 구조(30b)의 구멍(15b)이 클 수 있다. 이것은 고주파 응답을 개선하며(선형성 향상) 변환기의 한 면을 개방하여 음파 통과를 원활하게 하며 공동 공명 및 고주파 감쇄를 감소시킨다. 싱글-엔드 디바이스의 이러한 장점은 준-더블-엔드 디바이스에서도 가능하다.

도4a에서 이전 도면과 유사한 시스템이 도시되는데 이차 자기 구조(36)는 3열의 이차 자석(36a,36b,36c)을 갖는다. 이들은 격막(21)의 중심부위(21c) 위에 배치되어 출력을 향상시키고 도1의 공지 푸시-풀 시스템의 경우처럼 격막을 가로질러 동일한 양의 자기 물질을 대칭적으로 배치하는 것 보다 효과적이다. 이차지지 구조의 구멍(15b)은 성능 개선을 위해 확대될 수 있다.

도4b는 도4a와 유사하지만 감소된 자기 에너지의 최외곽 자석(35d,35e)을 갖는다. 이들은 전통적인 세라믹 페라이트 조성물 자석처럼 에너지가 적을 수 있으며 자석 구조(35,36)의 나머지 자석은 25mGO 이상의 에너지를 갖는 네오디뮴 조성물과 같은 고-에너지를 가질 수 있다.

도4c에서 변환기(10)는 일차 자기구조(35)에서 5개의 자석(a-e), 이차 자기구조에서 2개의 자석(36a,36b)을 가진다. 이들은 격막을 가로질러 측면으로 넓게 확산된 5개의 일차 구조 자석보다 집중적으로 배치된다. 이러한 구성은 2개의 이차 자석 간의 중심 부위를 포함하여 이차지지 구조(30b)를 가로질러 큰 구멍(15b)이 확산될 수 있게 한다. 도4d에서 일차 자기 구조에서 7개의 자석, 이차 자기 구조에서 4개의 자석을 갖는 변환기(10)에 유사 디자인이 적용된다. 도4e에서 자기 구조의 측면 외부에 에너지가 낮은 자석을 배치한다. 가령 외부 열에 동이 크기이지만 저 에너지의 자석을 제공하거나 동일한 에너지의 더 적은 자석을 제공한다. 후자의 경우 측면 외부 자석열이 가변 높이의 스페이서(도5-10)에 장착되어 갭(31)이 중심 부위(21c)와 동일하게 유지되거나 측부 외향 열에서 더 적을 수 있다.

도5에서 평면 자기 변환기는 도3과 유사하지만 일차 자기 구조(35)의 측면 최외곽 자석(35d,35e)은 중심 자석(35a-c, 36a)보다 저 에너지이고 크기가 적다. 이 경우 더 적은 최외곽 자석(35d,35e)은 중심 자석보다 약하다. 한 측면에서 이들은 다른 자석과 동일한 에너지(25mGO이상, 특히 35mGO이상)이고 크기가 적고 스페이서(45s)에 의해지지 구조(30)에서 이격되어 다른 자석과 동일한 자석에서 격막까지 갭(31)을 갖는다. 지지 구조(30a)와 스페이서(45s)는 자기 전도성 물질로 제조될 수 있거나 그렇지 않다. 철계 물질이 선호되는데 자기 구조(35a)를 가로질러 교대 극성을 가지도록 자석이 배향될 경우 플럭스 리턴 경로를 허용하기 때문이다. 이차 면 상에서 더 개방된 구조를 제공하도록 이차 구조에서 구멍(15b)이 확대될 수 있다. 전도성 라인(27)이 제공되어 가변 주파수 및 진폭의 전기 오디오 신호 전류가 흐르며 일차 및 이차 자석 구조(35,36)에 의해 설정된 장과 상호작용하는 장을 생성하여 격막을 진동시키고 오디오 출력을 발생시킨다.

도6의 평면 자기 변환기(10)는 도5와 유사하지만 3개의 이차 자석열(36a-c)을 갖는 이차 자기 구조(36)가 도5의 단일 자석(36a)을 대신하며 도3 및 4a와 유사한 방식으로 관련된다.

도7의 평면 자기 변환기(10)에서 완전 상보적인 일차 자석구조(35)와 이차 자석 구조(36)가 제공된다. 즉 수직 및 수평축에 대해 대칭적이다. 이 경우 측면 최외곽 자석(35d-e, 36d-e)은 나머지 자석(35a-c, 36a-c)보다 크기가 작고 자기력이 약하다. 스페이서(45s)는 스페이서(45s) 없는 자석과 동일한 갭(31)에 자석을 유지한다. 또 다른 경우 동일한 크기와 저 에너지의 자석이 외부 자석열에서 빠진다.

도8에서 중심에서 거리에 따라 측면으로 변하는 장 세기 개념이 격막 중심에서 측면 거리에 따른 갭 거리(31)의 변화와 조합된다. 자기 구조(35)의 자석(35b,35c,35d,35e)은 중심 자석(35a)에 비해 적고 약한 자석을 사용하여 저 에너지를 가지며 격막에서 자석의 간격을 접근시키도록 스페이서(44s,45s)로 이격된다. 갭(31a-c)은 변환기의 외부 변부 쪽으로 점차 적어진다. 이것은 중심부위(21c)에서 더 큰 격막 편위를 허용하며 약한 자석을 격막에 더 가까이 위치시켜 자석 구조의 자석 에너지를 최대로 이용한다. 고-에너지 자석이 사용되고 자석 크기가 가변적이지만 스페이서(44s,45s) 사용으로 동일한 작동 구성을 위해 다른 크기의 저-에너지 자석이 사용될 수 있다. 더욱 선형적인 고 주파 응답을 위해 이차지지 구조(30b)에 더 큰 구멍(15b)이 제공될 수 있다.

도9에서 변환기(10)는 도8의 단일 이차 자석(36a)에 이차 자석(36a)보다 저고 약하며 스페이서(44s)에 의해 격막(21)에 더 가까이 이격된 면을 갖는 2개의 이차 자석(36b,36c)을 추가한다. 중심 자석(36a)에 비해 낮은 에너지의 추가 자석열(36b-c)을 사용하여 유사한 효과를 획득한다.

도10의 변환기(10)는 감소된 자기력과 중심 자석(35a,36a)네서 거리 증가에 따라 더 가까운 간격 개념을 활용하는 도8 및 9의 일차 자석 구조(35)와 이차 자기 구조(36)를 사용하여 완전 대칭 시스템(도10의 수직 및 수평)을 생성하여 자기재료의 효율적인 사용을 가능케 하는 구성을 발생한다.

자석 스페이서(44s,45s)를 사용한 모든 구체예에서 스페이서는 철 또는 비철 금속이고 분리된 스페이서이거나 동일한 기능을 갖는지지 구조(30a,30b) 부위로 성층화 된다. 철 사용은 교대하는 자극 자석열 구성에 플럭스 리턴 경로를 제공하며 이용 가능한 자기장 에너지에서 추가 장점을 제공한다.

도3-10에 도시된 대로 구성되거나 나머지 도면처럼 구성된 예에서 기하 인자에 따라지지 구조(30)에 수직한 라인으로 극을 정렬하도록 자석을 배향하지 않고 지지 구조에 평행한 라인으로 극이 정렬되도록 자석이 90도 회전될 수 있다. 자석열이 교대 극성으로 배열되면 플럭스 리턴 경로가 2개의 대면 N극에 인접한 영역에서 대면 S극에 인접한 영역까지 형성되고 N-S 공유(로컬 자석)루프 장 세기 최대값이 각 자석위에 위치된다. 90도 회전된 자석을 갖는 다른 배열도 가능하다. 추가 예는 도36-40에 도시된다.

이차 자기 구조에 중심에서 측부로 가변적인 자기장 세기를 제공하는 방식은 (i)중심 부위에 고 에너지 네오디뮴 자석을, 외부에 페라이트 자석과 같은 저 에너지 자석을 사용; (ii)중심부위에 더 크거나 깊은 고 에너지 자석을, 외부에 더 적거나 얕은 자석을 사용하고 외부 자석이 격막(21)에 더 가깝게 하고; (iii)더 소수의 자석열을 사용하고 일차 구조에 비해 이차 자기 구조에 집중 배치하여 달성된다.

외부 자석은 더 작은 크기이거나 격막에 더 근접시켜 중심 자석보다 총 에너지 용량을 낮추거나 센 자기장의 중심 자석보다 코일의 전도성 와이어(27)가 위치된 격막의 실제 평면에서 자기장 세기가 낮다.

혹은 경제적인 이득이 장점이 아닐 수 있지만 더 많은 기다란 전도성 권선(27)이 중심 자석열 근처의 격막에 배치되고 소수의 전도성 권선이 최외곽 자석열 근처에 배치되어 중심에서 더 큰 힘을, 외부 쪽으로 더 작은 힘을 생성할 수 있다. 이 방식은 격막을 이동시키는데 이용 가능한 힘을 변화시키는 개념과 조합될 수 있다.

또한 외부 자석에 비해 중심 자석에서 더 큰 자기장의 자기 분포는 자석 계수, 질량, 자석/격막 갭 거리, 또는 공지된 기타 사항에 의한다.

게다가 싱글 가로 평면도로 개념이 설명되었지만 자석 세기가 가로 평면에서가변적일 수 있다. 즉 도면의 평면 안팎으로 자석열을 이동시켜 자석 에너지, 자석-격막 갭, 자석-간 간격이 변화되어 스피커 전방에서 보면 자기 구조에 의해 설정된 자기장이 수직 및 수평 방향으로 격막 중심에서 거리에 따라 변한다.

중심 영역에서 자기 에너지 증가와 외부 진동 가능한 격막(21)에서 격막(21)과 자석간의 갭 거리 감소는 변환기를 가로질러 동일한 자기 에너지로는 달성할 수 없는 성능을 제공하며 더 저렴한 자석 비용으로 최고의 음향 효율을 제공할 수 있다. 변환기의 적어도 중심 부위에서 네오디뮴 자석을 사용하여 달성 가능한 25mGO이상, 특히 34mGO이상의 고 에너지 자석을 활용하여 공지 싱글-엔드 평면 자기 변환기 보다 탁월한 효과를 성취한다.

도11에서 적어도 이차 지지 구조(30b)와 보조적으로 일차 지지 구조(30a)에 철 물질을 사용하는 예를 보여주는데 지지 구조(30b)는 가상 자극(46b-c)을 포함하도록 구축된다. 가상 자극은 도9의 이차 자기 구조(36)에 사용되는 것과 같은 더 낮은 에너지의 자석(36b-c)의 대체물로 간주될 수 있다. 이러한 가상 자극은 격막(21)에 인접한 면까지 지지 구조(30b)와 접촉하는 자석열(36a)의 표면(36ap)의 극성으로 플럭스를 복귀시킨다. 이것은 자석의 북극이나 남극이며 반대 극성이 격막(21)을 대면한다. 가상 자극(46b-c)은지지 구조(30b)의 일체이거나지지 구조에 부착된 별도의 철 부분이다. 한 측면에서 이러한 가상 자극은 격막(21)에 더 가깝게 위치되며 중심 자석(36a)보다 격막에 대해 더 작은 갭 거리(31)를 가진다. 이것은 장 세기가 동일 위치에 사용된 실제 자석에 비해 작기 때문이다. 이것은 자기장 세기가 가변적이고 격막 중심에서 외부로 측면으로 이동하는 격막까지 갭 거리가가깝다. 이차 자기 구조(36)가 도13에 도시된다. 향상된 고주파 선응을 위해 이차지지 구조에 더 큰 구멍(15b)이 사용될 수 있다.

도12에서 도11의 가상 자극과 동일한 개념이 사용되지만 이차 자기 구조(36)에 2개의 가상 자극(46d-e)과 조합된 자석(36a-c)을 사용한다. 한 측면에서 자석(36a-c)보다 갭(31)에 더 가까운 가상 자극(46d-e)을 사용한다. 이러한 가상 자극은지지 구조(30b)와 접촉하는 자석열(36b-c)의 표면(36bp-cp)의 극성을 복귀시킨다. 이들 표면(36bp-cp)은 동일한 자기 극성을 가지며 중심 자석(36a)의 극성(36ap)와 반대 극성이다.

도13에서 격막(21)의 이차 자기 구조 상의 가변적 갭(31)과 도4-10에 도시된 가변적 일차 자기 구조(35)와 도11의 가상 자극 개념을 조합한다. 도14에서 격막(21)의 중심에서 가변적 거리를 가진 도4-10의 일차 자기 구조(35) 에너지 분포 개념을 도12의 가상 자극 개념과 조합한다. 도15에서 디자인은 도14의 이차 자기 구조(36)와 일차 자기 구조(35)을 사용한다. 이 측면에서 도10의 개념과 유사하지만 가상 자극(45a-b,46a-b)을 사용한다. 자극/가상 자극마다 코일 권선, 자석 에너지, 질량, 구성물질, 극성/가상 극성 구성 변화로 변형이 가능하며 격막(21)을 가로질러 다양한 위치에서 격막을 이동시키는 힘을 변화시킬 수 있다.

도16-19는 자기 물질의 장점을 사용하는 다양한 자기 회로를 생성하도록 가상 자극(45,46)과 자석(35a,35b)의 여러 조합을 보여준다. 가상 자극은 중심 외부에 사용되어 중심에서 측부로 에너지를 감소시킨다. 이 경우 가상 자극 외부에 자석이 위치되지 않는다. 그러나 저 에너지 자석이 외향으로 감소하는 에너지와 일치하도록 배치될 수 있다. 중심에서 외부의 가상 자극(45a-b,46a-b)은 중심에 가까운 인접 자석보다 가까운 갭(31)을 가진다. 이것은 싱글-엔드(도17,19) 또는 거울상 이차 자기 구조(36)를 갖는 싱글 엔드(도16,18)로 구서욀 수 있다. 후자의 경우 이차 구조(36)는 중심에서 외부로 감소하는 에너지를 갖는 가상 자극 또는 자극을 가지도록 구성된다. 다른 수평축 비대칭 및 대칭(준-푸시-풀) 변환기도 가능하다. 도18에서 가상 자극을 더 가까이 당겨 수평축 비대칭 및 수직축 대칭을 형성하거나 가상 자극을 당겨 수직축에 대해 비대칭인 구성을 형성하는 비대칭 예가 있다.

도20 및 21은 가상 자극(45,46)을 변환기를 가로질러 교대하는 실제 자석(35,36)과 조합한 비대칭 더블-엔드 구조를 도시한다. 각 자석은 가상 자극으로부터 가로지르지만 일부 구성은 오프셋 배향(50)(도18)을 허용하여 특수한 장 배향을 달성한다. 도21은 최외곽 자석(35b-c,36d-e) 및 최외곽 가상 자극(46b-c,45d-e)이 중심 자석(36a) 및 중심 가상 자극(45a)보다 가까운 갭을 가진다는 점에서 다르다.

도22는 격막의 더 작은 특수 영역을 개선하는 비대칭 이차 자기 구조(36)와 조합된 싱글-엔드 자석 구조(35)를 보여주는데 가령 고주파 출력 전용이다. 영역이 작으므로 작은 크기를 보충하도록 출력을 증가시킬 추가 자석을 사용할 수 있다.

도23-25는 다중 격막(21a-b), 전도성 와이어(27a-b)를 갖는 일차 자석 구조(35)를 사용하며 상기 격막은 자석의 각 면에 배치된다. 이차 구조 추가로 일차 구조로부터 고정 자기장을 증가시키기보다 코일의 장 세기가 증가되므로 이것은 가상 이차 자기 구조로 분류될 수 있다. 도23은 중심 자석(35a)보다 낮은 에너지의자석(35d-e)을 보여준다. 중심 자석(35a)은 네오디뮴 조성물이며 외부 자석(35d-e)은 더 낮은 에너지의 페라이트 조성물로 형성된다.

도25는 도22의 이차 자기 구조(36)와 유사한 이차 자기 구조(36)를 추가하여 격막(21)의 고주파 영역을 향상시킨다.

도26은 개별화된 기다란 전도성 와이어(27)로 제조된 전도성 영역(26)을 갖는 경우 격막(21)을 보여준다. 4개의 전도성 와이어(27a-d)는 4개의 그룹이 서로 이격되는 거리의 절반만큼 좌측 및 우측 쌍이 분리되도록 함으로써 최적화될 수 있다. 4개의 와이어는 조합되고 집중되고 하 쌍의 이웃한 자석은 다른 극성이다. 전도 영역(26)의 입력 단부(27p-m)은 전기적으로 단락되어 입력 오디오 신호를 수신한다. 터미널 영역(21a)은 활성 영역(25)의 외부이고 점성 댐핑 매체에 의해 댐핑 된다.

도26은 PEN 필름으로 구성된 격막(21)에 부착될 알루미늄 전도 영역(26)을 나타내며 접착제는 특히 가교결합 가능한 것이다.

도27,28에서 이차 자기 구조(36)의 자석(36a-c,36a-e)는 베이스에서 좁도록 구성되어 이차 구조 면에서 자석 간의 구멍에 플레어 또는 뿔 형상을 제공한다. 이차지지 구조(30ㅠ)의 구멍(15ㅠ)은 확대될 수 있다. 이러한 구성은 더 평평한 고주파 응답을 가져오며 이차 구조 면을 개방시켜 성능 향상을 가져온다. 이 방식으로 고 에너지 자석이 형성된다. 자석 세기, 갭(31) 간격, 코일 와이어 권선이 변화되어 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다. 직선 플레어 자석-간 공간 구성에 대한 주파수 응답 비교가 도29,30에 도시된다.

도31a-f에서 상이한 자석 형상과 자석-간 공간을 제공하기 위해 지지 구조 구멍과 조합을 보여준다. 음향적 측면에서 사방형은 유리하지 않지만 저렴하고 제조가 단순하다. 뿔 형상의 플레어를 연속시키도록 이차 자기구조에 구멍을 형상하는 것은 비용을 증가시키지만 음향 성능을 어느 정도 향상시킨다. 특히 자석(36)을 지지 및 고정하도록 충분한지지 구조를 제공하는 것이 유리할 수 있지만 플레어 형상에 방해가 되지 않도록 자석에 미치기에 충분히 넓은 구멍(15)을 개방하는 것이 유리하며 구멍은 자석에 대해 더욱 평평해지며 세기를 위해 사각화 또는 원형이 될 수 있다.

도32 및 33에서 압연 형성 공정 등에 의해 접힌 구성으로 지지 구조(30a,b)를 형성하여 가상 자극(46)이 제조될 수 있다. 형성된 가상 자극은 도32의 경우 직사각형 자석을 본따서 직사각형 구성을 가질 수 있다. 쉽게 형성되어 음향 투과를 허용하도록 가상 자극이 천공 될 수 있다. 지지 구조에 구멍(15)이 제공될 수 있다. 도33에서 접힌 구조의 가상 자극은 자석을 모방하고 플레어 자석-간 공간(16)을 제공한다. 한 측면에서 접힌 가상 자극에 철 물질을 포함한 에폭시가 충전되어 자기 회로 성능을 향상시키고 지지 구조를 보강한다. 또 다른 경우 자석이 가상 자극과 함께 플레어 구멍(16)을 제공한다.

도34에서 천공된 지지 구조(30a,b) 플레이트로 가상 자극(45,46)이 형성되고 자석(35,36)이 서로 밀접한다. 이러한 자석은 일차 및 이차 자기 구조에서 동일한 극성을 가져 가상 자극이 자석과 반대 극성이 된다. 이러한 구성은 자석 에너지 및 갭(31) 폭 변화와 조합되어 거울상이나 오프셋을 형성한다. 후자는 저 에너지의 가상 자극에 인접한 고 에너지의 자석을 제공하는 장점이 있다.

도32와 유사한 도35에서 자석(35,36)이 접힌 구성의 빈 가상 자극(46)에 배치되어 자극의 에너지를 향상시킨다. 도35의 구성은 자석열 생성에 사용될 수 있으며 역전될 수 있다. 이러한 구성은 일차 또는 이차 자기 구조가 될 수 있다.

도36에서 자석(35a,b)은 다른 구체예로부터 90도 배향되고 도체 와이어(27)를 포함한 도체 영역(26)이 자석의 위에 인접 배치된다. 비철 물질로 일차지지 구조(30a)가 형성되어서 바닥 면의 자기적 단락에 의해 자기장이 붕괴되지 않는다. 자극이 서로 인접 위치되고 각 자석은 인접 자석으로부터 180도 배향된다. 한 측면에서 이차 지지 구조(30b)에 의해 지탱된 단일 자석(36a)을 포함할 수 있는 이차 자기 구조가 제공되고, 또 다른 경우에 추가 자석(36b,c)이 첨가될 수 있다. 한 측면에서 이차 자기 구조(36)의 자석이 일차 자석 사이에 위치되고 자극이 일차 자기 구조 자석으로부터 90도 배향된다. 이차 구조의 자극은 일차 자기 구조에 의해 발생된 장을 보강하도록 배향된다. 2개의 일차 자석과 1개의 이차 자석을 포함한 3개의 자석의 각 자극이 동일, 즉 모두 N극이거나 모두 S극이 되도록 배향된다. 이차 구조에 더 많은 자석이 제공된다면 배향은 변화되어 중심 자석(36a)은 S다운으로 배향되고 2개의 인접한 자석(36b,c)은 N극으로 배향된다.

도37에서 이차 자기 구조(36)는 중심 자석(36a)과 2개의 가상 자극(46a,b)을 포함한다. 이차 자기 구조의지지 구조(30b)가 철 물질로 형성되지만 일차지지 구조(30a)는 황동이나 구리와 같은 비철금속이다. 격막 상에 코일 도체(27)가 일차 자석(35a,b) 바로 위에 이차 자석(36a)과 2개의 인접한 가상 자극 사이에 위치된다. 이차 자기 구조는 수평축 주위서 일차 자기 구조와 대칭적이지 않으므로(수직축 주위에서 대칭적일지라도) 특히 격막의 중심 부위에서 일차 자석의 장 세기를 증가시킨다.

도38에서 이차 구조의 자석(36)은 90도 회전되고 일차 자석(35a,b)은 유사한 자극이라기보다 서로 반대 자극이 되도록 배향된다. 3세트의 도체(27)를 포함한 도체 영역(26)이 자석 위에 배향된다. 이 경우 일차 및 이차지지 구조(30a,b)는 비철 물질로 형성된다. 코일의 단부는 반대 단부 상에 있게 된다(도면의 평면 안팎으로).

도39에서 이차 자기 구조가 생략되고 자석은 도37처럼 배향되어 일차지지 구조(30a) 상에 유사 자극이 인접한다. 또한 지지 구조는 비철금속과 같은 비-자기물질로 형성된다.

도36-39에서 자석이 회전되면 국지 루프 최대값은 자석(35,36)의 전면 코너로부터 중심 자석으로 이동한다. 그러므로 도체(27)가 자석 위에 배치되어 회전된 자석에 의해 발생된 자기장과 최대 상호작용을 한다.

배향된 자석과 중심 자석(35a)에서처럼 일차 자기 구조(35)에서 수직한 자극 축과 측부 인접한 자석(35b,c)에서처럼 일차 구조에서 수평인 축의 조합을 특징으로 하는 도40에서 이접한 자석(35b,c) 위와 중심 자석(35a) 전면의 코너위로 국지적 루프 최대값이 발견되는데 일차 구조에서 인접한 자석 사이에서 공유 루프 최대값에 의해 보강되고 인접 자석 사이에서 격막의 평면에서 발생한다. 생성된 최대 자기장과 상호작용 하도록 도체(27)가 배치되고 격막의 한 단부에서 종료된다. 일차지지 구조(30a)는 비철 물질로 형성되고 지지 구조는 구멍(15a)을 포함한다.

한 측면에서지지 구조(30b)에 의해 지탱되는 자석(36a)을 포함한 이차 자기 구조(36)가 추가된다. 이차지지 구조 역시 구멍(15b)을 포함한다. 이차 지지 구조는 철 물질로 형성되고 유사한 극성의 일차 자석(35b,c) 위에 가상 자극(46a,b)이 형성된다. 이차 자기 구조(36)는 일차 자기 구조(35)를 보강하고 추가 자석 물질(36)이 추가 자석 물질의 효과를 최대화 하도록 배치된다. 자석 크기 및 에너지는 중심부위에서 거리에 따라 가변적일 수 있으며 갭(31) 거리, 코일 권선, 간격도 변화될 수 있다.

구멍(15)의 구성도 변화될 수 있다. 구멍은 단부에서 둥글고 기다랗거나 타원형, 직선형이 될 수 있다. 자석-간 공간을 개방하고 루프 상호작용을 최대화하는 것과 조합으로 고-에너지(25mGO이상) 자석을 사용하여 성능을 개선하여 상업적으로 경쟁력 있는 디바이스를 제공하며 자석, 지지 구조 및 구멍의 구성이 변화되어 성능을 개선시킬 수 있다. 구멍 크기, 갭 간격, 자석-간 간격, 자석 에너지, 코일 도체 배치, 격막의 크기 및 장력의 변형으로 여태까지 평면 자기 변환기에서 달성못한 변환기의 성능 및 크기가 달성된다.

Claims (22)

1. 전기 입력 신호를 음향 출력으로 전환시키도록 예정된 전도성 표면을 포함한 활성 영역을 갖는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 하나 이상의 진동 가능한 박막 격막;

   인접한 자석 간에 강한 상호작용을 가져오는 25메가 가우스 에레스테드 이상의 에너지 출력을 갖고 서로 병렬로 인접 배치되는 적어도 3개의 기다란 고 에너지 자석을 포함한 일차 자기 구조;

   격막을 붙잡아 예정된 장력 상태로 유지하고 예정된 거리에 격막의 한 표면에 인접한 일차 자기 구조를 이격 하도록 일차 자기 구조 및 격막에 연결된 장착지지 구조를 포함하며;

   상기 전도성 표면 영역은 상기 자석과 나란한 하나 이상의 기다란 전도 경로를 포함하며;

   장착지지 구조, 일차 자기 구조의 3개 이상의 자석 및 격막은 조합된 조성을 가지며 예정된 공간 관계로 위치되며, (i)격막을 오디오 출력에 대해 구동하는 매우 높은 에너지에 반응으로 동력학적 상태가 발생하여도 오랜 사용 기간에 걸쳐 안정적으로 유지된 예정된 장력에서 정적 구성으로 격막을 안정시키고 (ii)3개 이상의 자석 간에 상호작용 하는 고 에너지 자기력이 격막의 예정된 장력과 상호작용하지 않으며;

   하나 이상의 이차 자석 구조가 일차 자석 구조로부터 맞은편 박막 격막 표면에 인접 배치되고 격막으로부터 예정된 거리를 유지하고;

   이차 자석구조는 일차 자석 구조보다 적은 수의 자석을 포함하고;

   개선된 싱글 엔드 변환기로서 작동을 할 수 있는 평면 자기 변환기
2. 제 1항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 60% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
3. 제 1항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 40% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
4. 제 1항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 20% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
5. 제 1항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 평면 자기 변환기 상에서 병렬 관계로 집중된 하나의 자석열(row)을 가짐을 특징으로 하는 변환기
6. 제 1항에 있어서, 상기 일차 자기 구조가 변환기의 배면에 배치되고 이차 자기 구조는 청취 위치로 배향되도록 최적화된 변환기 전면에 배치됨을 특징으로 하는 변환기
7. 제 1항에 있어서, 상기 일차 자석 구조가 5개의 인접한 자석열을 가지고 이차 자석 구조는 3개의 인접한 자석열을 가짐을 특징으로 하는 변환기
8. 제 1항에 있어서, 상기 일차 자석 구조가 5개의 인접한 자석열을 가지고 이차 자석 구조는 1개의 중심 자석열을 가짐을 특징으로 하는 변환기
9. 제 1항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 고-에너지 네오디뮴 자석을 포함함을 특징으로 하는 변환기
10. 제 6항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 고-에너지 네오디뮴 자석을 포함함을 특징으로 하는 변환기
11. 전기 입력 신호를 음향 출력으로 전환시키도록 예정된 전도성 표면을 포함한 활성 영역을 갖는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 하나 이상의 진동 가능한 박막 격막;

    인접한 자석 간에 강한 상호작용을 가져오는 25메가 가우스 에레스테드 이상의 에너지 출력을 갖고 서로 병렬로 인접 배치되는 적어도 3개의 기다란 고 에너지 자석을 포함한 일차 자기 구조;

    격막을 붙잡아 예정된 장력 상태로 유지하고 예정된 거리에 격막의 한 표면에 인접한 일차 자기 구조를 이격 하도록 일차 자기 구조 및 격막에 연결된 장착지지 구조를 포함하며;

    상기 전도성 표면 영역은 상기 자석과 나란한 하나 이상의 기다란 전도 경로를 포함하며;

    3개 이상의 인접한 자석은 인접한 자석에서 반대 극성이 되도록 배향되고;

    상기 일차 자기 구조는 나란한 3개 이상의 인접 자석열을 가지고 이중 적어도 외부의 2개의 자석열은 중심 자석열에 의해 격막의 전도성 표면 영역을 통해 제공된 것 보다 적은 자기장 세기를 제공하며;

    싱글 엔드 변환기로서 작동을 할 수 있는 평면 자기 변환기
12. 제 11항에 있어서, 5개 이상의 인접 자석열을 가지고 이중 적어도 외부의 2개의 자석열은 중심 자석열에 의해 격막의 전도성 표면 영역을 통해 제공된 것 보다 적은 자기장 세기를 제공함을 특징으로 하는 변환기
13. 제 11항에 있어서, 일차 자기 구조가 34mGO 이상의 정격 에너지를 갖는 네오디뮴 자석을 포함함을 특징으로 하는 변환기
14. 제 11항에 있어서, 상기 격막이 중심 영역과 중심영역에서 떨어진 영역을 포함하며;

    상기 일차 자기 구조가 중심 영역 자석과 중심 영역 자석에서 떨어진 인접한 원격 자석을 포함하며;

    일차 자기 구조의 자석으로부터 격막의 예정된 이격 관계가 하나 이상의 원격 자석의 원격 영역에서 보다 하나 이상의 중심 자석의 격막 중심 영역에서 더 큼을 특징으로 하는 변환기
15. 제 11항에 있어서, 하나 이상의 이차 자석 구조가 일차 자석 구조로부터 맞은편 박막 격막 표면에 인접 위치되고 상기 격막으로부터 예정된 거리로 이격됨을 특징으로 하는 변환기
16. 제 15항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 60% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
17. 제 15항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 40% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
18. 제 15항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 일차 자기 구조의 자석의 20% 미만의 자석을 가짐을 특징으로 하는 변환기
19. 제 15항에 있어서, 상기 이차 자기 구조가 평면 자기 변환기 상에서 병렬 관계로 집중된 하나의 자석열(row)을 가짐을 특징으로 하는 변환기
20. 제 11항에 있어서, 상기 격막이 중심 영역과 중심영역에서 떨어진 영역을 포함하며;

    상기 일차 자기 구조가 중심 영역 자석과 중심 영역 자석에서 떨어진 인접한 원격 자석을 포함하며;

    상기 격막과 일차 자기 구조의 자석으로부터 격막의 예정된 이격 관계가 하나 이상의 원격 자석의 원격 영역에서 보다 하나 이상의 중심 자석의 격막 중심 영역에서 더 큼을 특징으로 하는 변환기
21. 진동 가능한 박막 격막과 전기 입력 신호를 음향 출력으로 전환시키도록 자기장과 상호작용 가능한 부착된 전도성 영역;

    필요한 자기장을 제공하도록 격막의 한 면에 인접 배치된 일차 자기 구조 배열;

    격막의 음향 출력을 증가시키는 위치에서 격막의 맞은편 면에 배치된 하나 이상의 이차 자석(일차 자기 구조의 자석보다 적은 수의)을 포함한 평면 자기 변환기
22. 제 21항에 있어서, 이차 자석에 인접 배치되어 변환기의 오디오 출력을 더욱 향상시키는 하나 이상의 가상 자기 구조를 더욱 포함하는 변환기