KR20060033937A - 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커와진동발생장치 - Google Patents

듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커와진동발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기갭 부분의 자력 손실이 적고, 자력밀도가 증가하며, 자기갭을 이루는 요크 대향면에서의 균일한 자력선 분포를 실현할 수 있는 자기회로에 의해 고효율, 고출력, 저 왜곡 주파수 특성을 갖는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커와 진동발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 서로 동일한 극성이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과, 상기 하부 마그넷으로부터 상부 마그넷으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와, 상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크와, 자기갭에 배치되어 비교번 자계와의 상호작용에 따라 상하로 변위되도록 보빈에 권취된 코일과, 상기 제1요크의 상부면으로부터 방사상으로 연장된 프레임과, 구동신호에 대응한 음향이 발생되는 진동판과, 상기 보빈의 진동범위를 제한하는 댐퍼와, 센터캡으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
스피커, 고효율, 고출력, 저왜곡, 자속 누설, 듀얼 마그넷

Description

듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커와 진동발생장치{Magnetic Circuit Having Dual Magnets, Speaker and Vibration Generating Apparatus Using the Same}
도 1a는 일반적인 외자형 스피커의 전체 구조를 보여주는 단면도,
도 1b는 일반적인 내자형 스피커의 자기회로를 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 마그넷을 구비한 고효율 고출력 스피커의 단면도,
도 3은 도 2의 X-X선 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
11a,11b ; 마그넷 12,13 ; 요크
12a,13a ; 대향면 12b ; 연장부
12c ; 순환회로부 14 ; 코일
15 ; 보빈 16 ; 프레임
17 ; 진동판 18 ; 댐퍼
19 ; 센터캡 20 ; 방열 파이프
21 ; 가이드 베어링 22 ; 가이드축
22a ; 고정판 23 ; 수직 가이드
G ; 자기갭 M1,M2 ; 자기회로
본 발명은 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커와 진동발생장치에 관한 것으로, 특히 내자형 마그넷과 외자형 마그넷을 듀얼 자기회로에 구비하고, 자기갭 부분의 자력 손실이 적고, 자력밀도가 증가하며, 자기갭을 이루는 요크 대향면에서의 균일한 자력선 분포를 실현할 수 있는 자기회로에 의해 고효율, 고출력, 저 왜곡 주파수 특성을 갖는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커에 관한 것이다.
일반적으로 음향 재생기는 혼스피커와, 콤퍼넌트 시스템과 같은 하이파이 오디오 시스템에 사용되며 일정한 주파수 대역을 커버하는 우퍼, 미드레인지 및 트위터 등으로 이루어지는 시스템 스피커와, 하나의 유닛으로 전 주파수 대역을 커버하는 일반 스피커와, 초소형 캠코더, 워크맨 등과 같은 소형 전자기기에 사용되는 초경량·초슬림형 구조를 갖는 마이크로스피커와, 이동통신용 단말기에 사용되는 리시버와, 일부가 귀속에 삽입되는 구조를 갖는 이어폰과, 특정 대역의 주파수만을 재생하는 부저로 분류된다.
종래의 일반 스피커는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 단일 마그넷(1)이 요크(2)의 외부 또는 내부에 설치되고, 마그넷(1)의 상부에 톱플레이트(3)가 설치된 자기회로(M)의 자기갭(G)에 보이스 코일(4)이 권취된 보빈(5)이 위치해 있다. 또한 보빈(5)의 상부는 각각 외주부가 프레임(6)의 상부와 하부에 고정되고 중심부가 원형으로 천공된 진동판(7)과 댐퍼(8)에 고정되며, 진동판(7)의 중앙부에 보빈(5)의 구멍을 막기 위한 센터캡(9)(다른 말로 더스트캡)이 결합된 구조를 갖고 있다.
상기 스피커는 고정된 자기회로(M)에서 발생되는 비교번(직류) 자속과 상하유동 가능한 보이스 코일(4)에서 발생되는 교번(교류) 회전 자속이 플레밍의 왼손법칙에 따라 서로 반응하여 발생되는 흡입 및 반발력에 의해 진동판(7)과 보이스 코일(4)이 상/하로 진동하여 구동신호에 대응한 음향을 발생시키는 구조이다.
이러한 종래의 단일 마그넷(1)을 사용하여 요크(2)의 센터폴과 톱플레이트(3) 사이에 자기갭(G)이 형성되는 자기회로(M)에서는 자기갭(G)을 형성하는 대향하는 요크면이 상대적으로 크기가 제한되고 작으며, 대향 요크면에 균일한 자속밀도가 형성되지 못하고 있다.
즉, 마그넷(1)과 상대적으로 가까운 대향 요크면 부분은 마그넷(1)과 상대적으로 먼 대향 요크면 부분에 비하여 자속밀도가 높게 되며, 그 결과 대향 요크면 사이의 자기갭(G)에 삽입되어 있는 보이스 코일(4)에 미치는 흡입 및 반발력은 코일(4)의 위치에 따라 균일하지 못하게 되는 결과를 초래하게 된다.
이러한 현상은 원음을 재생할 때 보이스 코일(4)이 감긴 보빈(5)의 상하진동에 영향을 미치어 진동판(7)의 원음 재생시에 왜곡(distortion)이 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 한국공개특허공보 제2004-82462호에는 균등한 자속분포를 형성하는 스피커의 자기회로가 제안되어 있다. 상기 공개특허공보에 서는 서로 다른 투자율을 갖는 다수의 폴피스를 적층하거나 또는 두 개의 폴피스 사이에 공간부를 형성하여 자기력선이 집중되는 모서리의 개수를 늘려 자기력선의 분포를 균등하게 함으로써 보이스 코일의 직진성을 개선하고 있다.
그러나, 이러한 방법은 보이스 코일의 직진성 개선에는 효과를 제공할 수 있으나, 후술하는 자속누설 현상과 이에 따른 효율 저하에는 대비하지 못하고 있으며, 고출력을 위한 큰 허용입력과 자속밀도 증가방안에 대하여도 종합적인 대안을 제시하지 못하고 있다.
즉, 도 1a 및 도 1b에 도시된 통상적인 스피커의 자기회로(M)에서는 자기갭(G)을 통과하지 않는 많은 누설 자력선은 보이스 코일(4)과의 상호 작용에는 영향을 미치지 못하며, 오히려 주변에 배치되는 TV 등과 같은 주변기기에 나쁜 영향을 미치는데 기여하게 된다.
이러한 누설자속 문제를 해결하기 위하여 종래에 제안된 구조중 하나가 한국실용신안공보 제1990-11300호에 개시되어 있다. 상기 실용신안공보에 개시된 방자형 스피커는 내자형 스피커와 유사하게 마그넷을 지지하는 덮개를 통하여 상부 요크를 연결함에 의해 폴피스로부터의 자속이 상부 요크와 덮개를 거쳐 S극으로 들어가는 자기회로를 형성한 것이나, 이 자기회로는 자기갭 부분을 이루는 요크 대향면의 구조가 균등한 자속분포를 이루지 못하여 보이스 코일의 직진성을 해결하지 못하고 있다.
또한, 상기 실용신안공보에 제시된 누설자속 방지 구조로서 요크의 상하부에 동일한 극성의 한쌍의 환형 마그넷을 마주보도록 설치하여 동극끼리의 척력에 의해 자속누설을 방지하는 자기회로는 동일 극성의 마그넷을 강압 장착하는데 따른 조립성의 어려움과 자기회로에 삽입된 듀얼 마그넷이 자기갭의 자속밀도를 증가시키지 못하고 오히려 마그넷의 성능을 저하시키는 문제가 제기되고 있다.
한편, 고출력을 위해서는 큰 허용입력이 가능하도록 코일의 선경과 턴수를 증가시키거나, 이를 구동하기 위해 자기갭의 자속밀도가 증가하도록 마그넷의 크기를 키우거나 마그넷의 재료를 일반적인 페라이트 재료에서 자속밀도가 큰 재료, 예를들어, 네오디뮴(Nd)을 사용할 수 있다.
이 경우 이중 마그넷에 의해 자기력을 향상시켜 동일 자기력을 갖는 스피커의 소형화 경량화를 도모한 기술이 한국 공개특허공보 제2000-40796호에 개시되어 있다. 이 기술은 외자형 자기회로를 갖는 스피커에서 폴피스의 외주부에 환형 보조 마그넷을 역상으로 삽입한 구조로서, 장치의 전체적인 크기를 증가시키지 않으면서 실질적인 마그넷의 크기를 증가시키는 효과를 나타내고 있으나, 고출력용 스피커에 적합한 충분한 자속밀도를 제공하지 못하는 문제가 있다.
또한, 네오디뮴 재료를 사용한 대형의 환형(環形) 마그넷을 이용하는 경우 마그넷의 강한 자력 때문에 다른 부품들의 조립성이 나쁜 문제가 있어, 대부분의 경우 페라이트 마그넷과 동일하게 먼저 부품들을 조립후에 고가의 착자설비를 이용하여 마그넷을 착자하는 공정을 채용하고 있다.
더욱이, 대출력의 대구경 진동판을 갖는 서브 우퍼(sub woofer)인 경우 저음 영역 주파수를 재생할 때 진동계의 수직운동을 정밀하게 잡아주는 구조가 제시되지 못하여 주파수 재생 특성에 나쁜 영향을 미치거나, 이로 인하여 진동판이 손상되는 문제가 발생할 수 있으며, 또한 보이스 코일 및 마그넷에서 발생되는 열을 적절하게 냉각시키지 못하여 특성에 나쁜 영향을 미치는 문제가 있었다.
상기한 바와 같이 종래의 스피커용 자기회로는 자속 누설, 자기갭 부분의 균등하지 못한 자속분포, 고효율, 고출력/고입력, 방열 문제를 종합적으로 해결할 수 있는 제안이 이루어지지 못하고 있다.
한편, 유산소 운동을 도와주면서 무릅 관절에 무리를 주지 않는 운동기구로서 수직 운동기가 제안되고 있다. 알려진 종래의 수직 운동기로서 바이브레이터가 회전모터를 이용한 방식이 알려져 있다. 이러한 회전식 수직 운동기는 주파수의 적정한 설정에 따라 복부에만 진동이 가해져서 편리하게 유산소 운동을 이루어지므로, 특히 복부비만인 환자에게 의학적으로 이용되고 있다.
그런데 이러한 종래의 수직 운동기는 회전모터의 회전축에 편심 웨이트가 구비되어 웨이트가 회전하면서 지지판을 상하로 진동시켜주는 방식으로 작동되므로, 편심으로 인한 베어링의 편마모 심하게 일어나 내구성이 떨어지고 소음이 크게 발생하는 구조적인 문제를 안고 있다.
또한, 종래의 회전식 수직 운동기는 회전 모터를 이용한 방식이므로 충분한 진동력을 제공하기 어려운 문제가 있다.
한편, 종래에 영구자석을 이용한 스피커의 자기회로를 이용하여 오디오 신호에 대응하는 진동을 발생하기 위한 진동기가 제안되었다. 그러나, 이러한 기술은 오디오 신호에 대응하여 사용자가 입체적으로 진동을 느끼는 데에는 적합하나 유산소 운동을 위한 진동판을 구동하기에는 자기력이 부족하였다. 즉, 통상적인 한정된 크기에서 영구자석을 이용한 직류 자기장의 자력은 최대 5000Gauss를 넘기기 어렵기 때문에 유산소 운동을 위한 진동판 구동 메카니즘으로 적합하지 못하였다.
따라서 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 외자형 마그넷과 내자형 마그넷을 제1 및 제2 자기회로에 구비하고, 외자형 마그넷을 포함하는 루프형 제1자기회로에 의해 자기갭 부분의 자속 누설을 방지하고, 내자형 마그넷을 포함하는 제2자기회로의 상기 자기갭을 이루는 요크 대향면에서의 균일한 자력선 분포를 실현함에 의해 진동계의 선형 응답성(보이스 코일의 직진성)을 개선하여 고효율, 저 왜곡 주파수 특성을 갖는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 스피커를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내자형 마그넷과 외자형 마그넷에 네오디뮴 마그넷을 사용한 자기회로를 구성하여 자기갭의 자속밀도를 증가시킴과 동시에 루프형 제2자기회로에 의해 자기갭으로부터의 누설자속이 발생하는 것을 억제하여 고출력, 고효율 특성을 갖는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로 및 이를 이용한 방자형 스피커를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 듀얼 마그넷에 의해 자기갭의 자속밀도를 증가시킴과 동시에 자기갭을 이루는 2 요크 사이의 대향 부분을 종래에 비하여 상대적으로 길게 연장하고 이 자기갭에 삽입되는 보이스 코일의 권선량을 충분하게 증가시켜 허용입력을 증가시킴에 따라 진동계가 제한 없이 입력신호에 따라 충분한 진동을 할 수 있고 자석의 크기를 증가시킬 수 있어 스피커의 변환효율(SPL)이 향상된 고출력 자기회로 및 이를 이용한 스피커를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저음영역에서 보빈의 수직운동이 정밀하게 이루어질 수 있도록 수직 가이드를 구비한 고출력, 저주파 재생용 스피커를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보빈과 보이스 코일 및 수직 가이드에 의해 진동계의 질량을 증가시킴에 의해 스피커의 저음공진 주파수(f0)를 낮추어 저음 특성이 개선된 스피커를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 미리 착자된 다수의 분할형 마그넷을 사용함에 의해 직접 착자가 가능하여 조립후 착자가 이루어지는 종래의 간접 착자방식에 비하여 자석의 효율성이 높고, 저렴한 착자 설비의 이용이 가능한 스피커의 자기회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 스피커와 같이 보이스 코일에 인가되는 허용입력이 큰 경우 발생되는 많은 열을 효과적으로 발산시킬 수 있는 방열구조를 채용한 스피커 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 강한 자력을 발생할 수 있는 더블 네오디뮴 마그넷을 이용한 자기회로의 자기갭에 진동판과 연결된 보빈 코일을 배치함과 동시에 진동판을 수직 가이드를 이용하여 정확한 수직운동이 이루어지도록 지지함에 따라 소음이 적고 편마모 등의 부품 마모가 적은 진동발생장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 동일한 극성이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과, 상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와, 상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크와, 전기적인 구동신호가 인가될 때 교번 자계를 발생하며 상기 자기갭에 배치되어 상기 하부 및 상부 마그넷으로부터 발생된 비교번 자계와의 상호작용에 따라 상하로 변위되도록 보빈에 권취된 코일과, 상기 제1요크의 상부면으로부터 방사상으로 연장된 프레임과, 일단이 상기 보빈에 고정되고 타단이 상기 프레임의 상단에 고정되어 코일이 상하로 변위될 때 상기 구동신호에 대응한 음향이 발생되는 진동판과, 상기 보빈이 미리 설정된 범위 내에서 진동이 이루어지도록 제한하는 댐퍼와, 상기 진동판의 중앙부에 구비된 센터캡으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커를 제공한다.
이 경우, 상기 하부 마그넷, 제1요크의 연장부 및 제2요크는 제1자기회로를 형성하며, 상기 하부 마그넷, 제1요크의 루프형 순환회로부, 상부 마그넷 및 제2요크는 제2자기회로를 형성한다. 또한, 상기 제2요크는 대칭 구조를 이루며, 자기갭을 이루는 내주면으로부터 상부 마그넷의 하부면과 하부 마그넷의 상부면을 향하여 분지된 구조를 갖는다.
상기 스피커는 보빈의 운동이 수직방향으로 이루어지도록 안내하기 위한 수 직 가이드 수단을 포함하며, 상기 제1요크의 연장부의 내부 중앙에 수직방향으로 지지된 원통형상의 가이드 베어링과, 상측이 보빈의 상단 중앙부에 지지되고 하측의 자유단이 가이드 베어링에 삽입되어 있는 가이드축으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명 스피커는 상기 제1요크의 연장부와 가이드 베이어 사이에 삽입되어 코일과 마그넷으로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열수단을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 하부 및 상부 마그넷은 각각 N극이 서로 대향하도록 배치되고, 네오디뮴의 다수의 분할형 디스크로 이루어지는 것이 고출력과 조립성 측면에서 바람직하다.
상기 자기갭을 형성하는 제1요크의 연장부 외주면과 제2 요크의 내주면 사이의 대향면은 전체적으로 균일한 자력선 분포가 이루어지는 것에 의해 보이스 코일의 직진성을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 서로 N극이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과, 상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와, 상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크로 구성되며, 상기 자기갭을 형성하는 제1요크의 연장부 외주면과 제2 요크의 내주면 사이의 대 향면은 전체적으로 균일한 자력선 분포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 서로 N극이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과, 상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와, 상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크와, 전기적인 구동신호가 인가될 때 교번 자계를 발생하며 상기 자기갭에 배치되어 상기 하부 및 상부 마그넷으로부터 발생된 비교번 자계와의 상호작용에 따라 상하로 변위되는 구동코일과, 상기 구동코일이 원통부에 권선된 원통형 보빈과, 상기 보빈의 상단부에 결합되어 상하 진동이 이루어지는 진동판과, 상기 진동판의 상하 진동시에 수직운동이 이루어지도록 안내하기 위한 수직 가이드 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동발생장치를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 외자형 마그넷과 내자형 마그넷을 제1 및 제2 자기회로에 구비함에 의해, 자기갭의 자속밀도를 증가시킴과 동시에 자속 누설을 방지하고, 자기갭을 이루는 요크 대향면에서의 균일한 자력선 분포를 실현함에 의해 진동계의 선형 응답성(보이스 코일의 직진성)을 개선하여 고효율, 고출력, 저 왜곡 주파수 특성을 갖는다.
또한, 본 발명에서는 강한 자력을 발생할 수 있는 듀얼 마그넷을 이용한 자 기회로에 의해 보빈 코일과 연결된 진동판을 상하로 구동시킴에 의해 충분한 수직운동력을 제공할 수 있으며 소음과 부품 마모가 적은 수직 운동기의 진동발생장치를 제공한다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 듀얼 마그넷을 구비한 고효율 고출력 스피커의 단면도, 도 3은 도 2의 X-X선 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 듀얼 마그넷을 구비한 스피커는 외자형 마그넷(11a)과 내자형 마그넷(11b)을 제1 및 제2 자기회로(M1,M2)에 구비하고, 외자형 마그넷(11a)을 포함하는 제1자기회로(M1)의 자기갭(G)을 이루는 요크(12,13) 대향면에 균일한 자력선 분포를 실현하고, 내자형 마그넷(11b)을 포함하는 루프형 제2자기회로(M2)에 의해 상기 자기갭 부분의 자속 누설을 방지하며, 제1자기회로(M1)에 형성된 자기갭(G)에 진동판(17)을 상하로 구동시키기 위한 보이스 코일(14)이 권취된 보빈(15)이 삽입되어 있는 구조를 갖고 있다.
상기 제1 및 제2 자기회로(M1,M2)의 자기력을 제공하는 외자형 마그넷(11a)과 내자형 마그넷(11b)은 각각 도 3에 도시된 바와 같이 페라이트 자성재료보다 11.5배 이상의 자속밀도를 갖고 있는 네오디뮴 자성재료를 사용하여 디스크 형상의 분할편으로 성형한 후, 직접 착자방식으로 강하게 착자시킨 마그넷을 이용하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 강력한 자기력을 갖는 네오디뮴 마그넷을 미리 직접 착자시킨 것을 사용하므로 간접 착자방식의 고가의 착자설비 대신에 저렴한 직접착자설비를 이용할 수 있어 설비투자비용을 줄일 수 있고, 착자시간 또한 직접 착자방식이므로 빠르게 이루어질 수 있다.
또한, 마그넷의 조립시에는 다수의 분할편으로 이루어진 것을 사용하여 요크(12,13)에 접착제로 고정시키는 것으로 단일의 환형 마그넷을 조립시에 강한 흡인력으로 다른 부품이 흡인되는 문제나 동일한 극성의 마그넷을 조립하는 경우 강한 반발력으로 인한 문제는 발생되지 않는다.
더욱이, 상기 마그넷(11a,11b)에는 환형으로 이루어진 페라이트 또는 다른 자성체를 사용하여 조립한 후, 착자에 의해 이루어진 마그넷을 사용하는 것도 물론 가능하다.
상기 제1자기회로(M1)는 외자형 마그넷(11a)과, 외자형 마그넷(11a)의 하부에 배치되는 제1요크(12)의 내주부로부터 일정한 간격을 두고 폴피스 형태로 상측으로 연장된 연장부(12b)와, 외자형 마그넷(11a)의 상부에 배치되어 상기 폴피스형 연장부(12b)와의 대향면 사이에 자기갭(G)이 형성되는 제2요크(13)로 이루어지고, 제2자기회로(M2)는 상기 제2요크(13)와, 제2요크(13)의 상부면에 외자형 마그넷(11a)과 동일한 극성(예를들어, S극)으로 배치된 내자형 마그넷(11b)과, 이 내자형 마그넷(11b)의 상단으로부터 외자형 마그넷(11a)의 하단으로 연장된 루프형 순환회로부(12c)로 이루어진다.
상기 루프형 순환회로부(12c)는 연장부(12b)와 일체로 제1요크(12)를 형성하 고 있다. 또한, 상기 제2요크(13)는 자기갭(G)을 이루는 대향면(13a)으로부터 제1마그넷(11a)의 상부면 및 제2마그넷(11b)의 하부면으로 각각 선형상으로 분지되며 대칭으로 연장되어 자력선의 통로를 이루고 있다.
그 결과 상기와 같은 제1 및 제2 자기회로(M1,M2)에서는 제2요크(13)의 상부 및 하부에 각각 서로 동일한 규격과 서로 동일한 극성의 제1 및 제2 마그넷(11a,11b)이 대칭구조로 배치되어 있기 때문에, 제1요크(12)의 연장부(12b)로부터 발생된 자력선은 제2요크(13)의 상부 및 하부 어느 한쪽으로 편중되지 않고 제2요크(13)를 거쳐 제1 및 제2 마그넷(11a,11b)으로 귀환된다. 그 결과 요크(12,13) 대향면에 균일한 자력선 분포가 형성되어, 진동계의 선형 응답성(보이스 코일의 직진성)이 개선되므로 미세한 주파수 왜곡현상이 감소된다.
또한, S극을 이루는 제2요크(13)가 N극을 이루는 제1요크(12) 및 제1 및 제2 마그넷(11a,11b)에 의해 둘러싸여 있으므로, 자속 누설 현상이 억제되어 진동계에 대한 구동력이 증강되므로 자기효율이 증가하게 된다.
상기 제1자기회로(M1)의 자기갭(G)에 보이스 코일(14)이 권선되어 삽입된 보빈(15)은 콘형상의 진동판(17) 하단부와 연결되고, 진동판(17)의 상단부는 에지부를 통하여 프레임(16)의 상단부에 고정되어 있다. 또한 진동판(17)의 하단 중앙부에는 센터캡(19)이 결합되어 있으며, 보빈(15)의 측면에는 보빈의 진동폭을 제한하기 위한 댐퍼(18)가 연결되어 있다.
한편, 상기 제1요크(12)의 폴피스형 연장부(12b)에는 중앙부가 비워져 있고, 그 중앙부에는 보이스 코일(14), 마그넷(11a,11b) 및 요크(12)로부터 발생되는 열 을 공냉방식으로 열을 빠르게 외부로 방출하기 위해 열전도율이 우수한 예를들어, Al 재질의 방열 파이프(20)가 삽입되어 있다.
상기 방열 파이프(20)는 방열 기능 이외에 후술하는 수직 가이드(23)를 지지하는 역할과, N극을 이루는 제1요크(12)의 연장부(12b)로부터 내측의 수직 가이드(23)에 미치는 자기력을 극소화하고 자기갭(G) 측을 향하여 자력선이 집중되도록 유도하는 역할을 한다.
또한, 방열 파이프(20)의 중앙부에는 원통형상의 가이드 베어링(21)과, 이 가이드 베어링(21)의 중앙부에 하단부가 삽입되고 상단부가 보빈(15)의 상단부에 고정판(22a)을 통하여 지지된 가이드축(22)으로 구성되어 보빈(15)의 상하 진동을 정진동시키기 위한 수직 가이드(23)가 구비되어 있다.
또한, 상기 보빈(15)은 스피커가 예를들어, 18인치 내지 24인치의 초대형 서브 우퍼용으로 제작되는 경우 강도 유지를 위해 예를들어, 플라스틱 재료의 사출성형에 의해 가이드축(22)의 고정판(22a)이 결합되는 부분은 두껍게 이루어지고 코일(14)이 권선되는 원통부분은 자기갭(G)의 간격을 고려하여 얇은 두께로 제작되며, 코일(14)이 권선되는 부분은 요홈 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 권선되는 코일(14)은 허용입력이 증가될 수 있게 4층 구조로 이루어진다.
또한, 상기 보빈의 재료로는 Al이나 황동과 같은 금속소재로 이루어질 수 있으며, 소형으로 제작되는 경우는 필름으로 이루어질 수 있다.
더욱이, 스피커가 소형으로 제작되는 경우는 수직 가이드(23)를 생략하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 상기와 같이 수직 가이드(23)가 구비되어 있기 때문에 큰 입력이 코일(14)에 인가되어 진동판(17)이 상하로 크게 진동을 할 때에도 좌우로 편심없이 수직방향의 직선운동이 일어나도록 안내된다.
본 발명에서는 자기갭(G)에 삽입되어 상하로 진동하는 코일(14)에 효율적으로 자기력이 미치도록 하기 위해서 제1 및 제2 요크(12,13)의 자기갭 대향면(12a,13a)은 코일(14)이 진동하는 범위를 충분히 커버하도록 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 듀얼 마그넷 스피커의 작용에 대하여 이하에 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 듀얼 마그넷(11a,11b)을 사용함에 의해 마그넷의 크기를 증가시키고, 재료를 직접 착자방식으로 형성한 분할편형 네오디뮴 마그넷을 외자형 및 내자형 마그넷(11a,11b)에 사용하여 제1 및 제2 자기회로(M1,M2)를 형성함에 의해 자기갭(G)의 자속밀도를 증가시켜, 코일(14)에 대한 작용력을 증가시키고, 다른 한편으로는 자기갭(G)을 이루는 2 요크(12,13) 사이의 대향 부분을 종래에 비하여 상대적으로 길게 연장하고, 이 자기갭(G)에 삽입되는 보이스 코일(14)의 권선량을 충분하게 증가시켜 허용입력을 증가시킴에 따라 진동계가 제한 없이 입력신호에 따라 충분한 진동을 할 수 있게 하여 스피커의 변환효율(SPL) 향상을 도모하였다.
또한, 본 발명에서는 대칭 구조의 제2요크(13)의 하부 및 상부에 동일한 특성의 외자형 마그넷(11a)과 내자형 마그넷(11b)을 대칭구조로 형성함에 의해 자기갭을 이루는 요크 대향면(12a,13a)에서의 균일한 자력선 분포를 실현함에 의해 진 동계의 선형 응답성(보이스 코일의 직진성)을 개선하고, 더욱이 루프형 제2자기회로(M2)의 추가에 따라 자기갭 부분의 자속 누설을 최소한으로 억제함에 따라 고효율, 저 왜곡 주파수 특성을 도모할 수 있게 되었다.
한편, 일반적으로 스피커의 저음공진 주파수(f0)는 진동계의 질량이 증가함에 따라 낮아지게 된다. 그런데 본 발명에서는 상기 진동판(17) 및 센터캡(19)에 부가하여 고정판(22a) 지지부분이 두껍게 형성되어 있는 보빈(15), 4층 구조의 보이스 코일(14) 및 수직 가이드(23)와의 결합 구조 등에 의해 형성되는 진동계의 질량을 증가시킴에 의해 저음공진 주파수(f0)가 낮아지게 되어 저음 특성이 개선된다.
본 발명은 서브 우퍼용 스피커에 적용하는 경우 최대 정격 앰프 파워(Watts Peak)를 10000W까지 실현할 수 있다.
한편, 상기한 스피커 구조는 진동판(17), 센터캡(19) 및 프레임(16) 등을 제거하고, 보빈(17)의 상부면을 크게 증가시켜 판형 진동판을 부착시킴에 따라 진동발생장치를 구성하는 것도 가능하다.
이 경우 진동발생장치는 스피커의 구동원리와 동일하게 이루어진다. 즉, 코일(14)에 극성이 주기적으로 변하는 정현파 구동신호가 인가되면 구동코일(14)의 교류성 회전 자기장과 자기갭(G) 내에 직류 자기장이 상호 작용하여 플레밍의 왼손 법칙에 따라 보빈(15)에 권선된 구동코일(14)은 자기갭(G) 내에서 상하로 진동하게 되고, 그 결과 진동판도 상하로 진동한다.
더욱이, 진동판을 적어도 3 이상의 수직 가이드와 진동흡수장치를 진동발생 장치의 외부에 부가하면 진동판이 상하로 진동을 할 때 좌우로 편심없이 수직방향의 직선운동이 일어나게 할 수 있다.
상기한 진동발생장치는 유산소 운동기구로서 마찰이나 충격부분이 존재하지 않기 때문에 소음이 적고 편마모 등의 부품 마모가 적어 내구성이 매우 높게 된다.
따라서, 유산소 운동기구로서 뿐 아니라 코일구동회로의 부가에 따라 물리치료용 보조기구와, 고체와 액체를 분리하기 위한 고액분리기, 선별기, 곡물세척기 등의 산업용으로도 다양하게 이용될 수 있다.
본 발명에서는 미리 착자된 다수의 분할형 마그넷을 사용함에 의해 직접 착자가 가능하여 조립후 착자가 이루어지는 종래의 간접 착자방식에 비하여 자석의 효율성이 높고, 저렴한 착자 설비의 이용이 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 본 발명에서는 듀얼 마그넷을 사용함에 의해 마그넷의 크기를 증가시키고, 분할편형 네오디뮴 마그넷을 사용하여 제1 및 제2 자기회로를 형성함에 의해 자기갭의 자속밀도를 증가시키고, 다른 한편으로는 자기갭을 이루는 2 요크 사이의 대향 부분을 종래에 비하여 상대적으로 길게 연장하고, 이 자기갭에 삽입되는 보이스 코일의 권선량을 충분하게 증가시켜 허용입력을 증가시킴에 따라 진동계가 제한 없이 입력신호에 따라 충분한 진동을 할 수 있게 하여 스피커의 변환효율(SPL) 향상을 도모하였다.
또한, 본 발명에서는 대칭 구조의 제2요크의 하부 및 상부에 동일한 특성의 외자형 마그넷과 내자형 마그넷을 대칭구조로 형성함에 의해 자기갭을 이루는 요크 대향면에서의 균일한 자력선 분포를 실현함에 의해 진동계의 선형 응답성을 개선하고, 더욱이 루프형 제2자기회로의 추가에 따라 자기갭 부분의 자속 누설을 최소한으로 억제함에 따라 고효율, 저 왜곡 주파수 특성을 도모할 수 있게 되었다.
더욱이, 본 발명에서는 진동계의 질량을 증가시킴에 의해 저음공진 주파수(f0)를 낮추어 저음 특성을 개선하였고, 보빈에 수직 가이드가 구비되어 있기 때문에 큰 입력이 코일에 인가되어 진동판이 상하로 크게 진동을 할 때에도 좌우로 편심없이 수직방향의 직선운동이 일어나도록 안내되어 왜곡현상을 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 자기회로 부분은 진동발생장치에 응용될 때 소음과 부품 마모가 적은 유산소 운동용 수직 운동기, 산업용 진동발생기를 구성할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 서로 동일한 극성이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과,
    상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와,
    상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크와,
    전기적인 구동신호가 인가될 때 교번 자계를 발생하며 상기 자기갭에 배치되어 상기 하부 및 상부 마그넷으로부터 발생된 비교번 자계와의 상호작용에 따라 상하로 변위되도록 보빈에 권취된 코일과,
    상기 제1요크의 상부면으로부터 방사상으로 연장된 프레임과,
    일단이 상기 보빈에 고정되고 타단이 상기 프레임의 상단에 고정되어 코일이 상하로 변위될 때 상기 구동신호에 대응한 음향이 발생되는 진동판과,
    상기 보빈이 미리 설정된 범위 내에서 진동이 이루어지도록 제한하는 댐퍼와,
    상기 진동판의 중앙부에 구비된 센터캡으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 마그넷, 제1요크의 연장부 및 제2요크는 제1자기회로를 형성하며, 상기 하부 마그넷, 제1요크의 루프형 순환회로부, 상부 마그넷 및 제2요크는 제2자기회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2요크는 대칭 구조를 이루며, 자기갭을 이루는 내주면으로부터 상부 마그넷의 하부면과 하부 마그넷의 상부면을 향하여 분지된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보빈의 운동이 수직방향으로 이루어지도록 안내하기 위한 수직 가이드 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보빈은 반전된 컵 형상을 이루며,
    상기 수직 가이드 수단은 상기 제1요크의 연장부의 내부 중앙에 수직방향으로 지지된 원통형상의 가이드 베어링과,
    상측이 보빈의 상단 중앙부에 지지되고 하측의 자유단이 가이드 베어링에 삽입되어 있는 가이드축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1요크의 연장부와 가이드 베이어 사이에 삽입되어 코일과 마그넷으로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 및 상부 마그넷은 각각 N극이 서로 대향하도록 배치되고, 네오디뮴의 다수의 분할형 디스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기갭을 형성하는 제1요크의 연장부 외주면과 제2 요크의 내주면 사이의 대향면은 전체적으로 균일한 자력선 분포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 스피커.
  9. 서로 N극이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과,
    상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와,
    상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크로 구성되며,
    상기 자기갭을 형성하는 제1요크의 연장부 외주면과 제2 요크의 내주면 사이의 대향면은 전체적으로 균일한 자력선 분포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 마그넷을 구비한 자기회로.
  10. 서로 N극이 대향하도록 소정의 거리를 두고 배치되어 비교번 자계를 발생하는 하부 및 상부 마그넷과,
    상기 하부 마그넷의 하부면으로부터 상부 마그넷의 상부면으로 연장되는 루프형 순환회로부와 하부 마그넷의 하측 내주부로부터 일정한 간격을 두고 상측으로 수직으로 연장된 연장부를 일체로 구비한 제1요크와,
    상기 하부 및 상부 마그넷 사이를 연결하며 내주면이 제1요크의 연장부 외주면 사이에 자기갭을 형성하는 제2요크와,
    전기적인 구동신호가 인가될 때 교번 자계를 발생하며 상기 자기갭에 배치되어 상기 하부 및 상부 마그넷으로부터 발생된 비교번 자계와의 상호작용에 따라 상하로 변위되는 구동코일과,
    상기 구동코일이 원통부에 권선된 원통형 보빈과,
    상기 보빈의 상단부에 결합되어 상하 진동이 이루어지는 진동판과,
    상기 진동판의 상하 진동시에 수직운동이 이루어지도록 안내하기 위한 수직 가이드 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동발생장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수직 가이드 수단은 상기 제1요크의 연장부의 내부 중앙에 수직방향으로 지지된 원통형상의 가이드 베어링과,
    상측이 진동판의 중앙부에 지지되고 하측의 자유단이 가이드 베어링에 삽입되어 있는 가이드축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동발생장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 하부 및 상부 마그넷은 각각 N극이 서로 대향하도록 배치되고, 네오디뮴의 다수의 분할형 디스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동발생장치.
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