WO2009109675A1 - Altavoz autorrefrigerado perfeccionado - Google Patents

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José MARTINEZ IRANZO
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Acustica Beyma, S.L.
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    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details
    • H04R9/025—Magnetic circuit

Definitions

  • the object of the present invention refers to a self-cooled speaker of electrodynamic type, although optionally, it can also be any other type of speaker.
  • An electrodynamic loudspeaker is constituted, in principle, by a mobile electric coil placed in the circular air gap of a closed, permanent and fixed magnetic circuit; when the coil is traveled by an alternating electric intensity, alternating electric forces are generated in said coil in accordance with that alternating intensity; it is said forces that cause the coil to vibrate (by virtue of its mobility) and transmit said vibrations, either to a membrane, or to an acoustic screen, to which it is attached; in this way the sound is generated and transmitted to the surrounding air.
  • the magnetic circuit of a speaker consists of at least three basic elements: a permanent cylindrical magnet and two polar pieces; one of them (the upper polar) is a cylindrical "core ring” of temporary magnetism (made of “sweet” iron or similar) placed on the permanent magnet, while the other (the lower polar) is a “return vessel "(in charge of closing the magnetic circuit) of circular plan, on which the permanent magnet sits;
  • the air gap where the mobile coil is located is the circular space that is between the outer cylindrical face of the "core ring” and the upper part of the inner cylindrical face of the "return vessel".
  • the electrical energy consumed by a loudspeaker depends on the intensity that circulates through the coil thereof, which in turn depends, in a broad sense, on the impedance of the loudspeaker, and in particular, on the electrical resistance of its coil; ideally, all the electrical energy that reaches the speaker should be converted into acoustic energy, but this does not happen because a good part of said energy is converted into heat; This heat, generated in the mobile coil itself, is a consequence of the Joul effect due to the passage of the electric intensity through the turns of said coil. The heat generated causes two negative effects on the speaker.
  • the heating of the coil produces an increase in the electrical resistance of its turns (by virtue of the positive temperature coefficient presented by the metals with which they are usually made), which causes a decrease in the electrical intensity and by Therefore, of the power that reaches the speaker; This results in a decrease in the sound level of the speaker known as "loss of power compression".
  • the new perfected self-cooled loudspeaker has been designed, object of this technical report.
  • the present invention refers to a new loudspeaker model that, equipped with the ability to self-cool, allows power increases of at least 35%, with respect to other models of performance, quality and prices, similar.
  • the new loudspeaker is made in such a way that its magnetic circuit has, in the air gap, a helical groove on both sides of the mobile coil; it is the oscillatory movement of the coil itself, which, transmitted to the "dust cover" of the acoustic membrane, serves as a driving pump (for reciprocating) of the forced cooling air; said forced air is then circulated, reciprocatingly, inside a refrigeration circuit of which the helical groove of the air gap is part.
  • the cooling of the mobile coil is much more effective, since the cooling air, forced to circulate around the coil and on both sides thereof, inside the helical grooves, is much longer in direct contact with it; Thus, the heat transmission, by contact between the cooling air and the coil, is much more efficient.
  • the new speaker has, in essence, a magnetic circuit composed of three basic elements: a permanent cylindrical magnet and two polar pieces, the upper and the lower;
  • the upper pole piece is a cylindrical "core ring", with a helical groove in its outer cylindrical face; said "core ring” is placed on the permanent magnet;
  • the lower pole piece is a "return vessel” (in charge of closing the magnetic circuit) of circular plan, with a helical groove in the upper part of its inner cylindrical face, coinciding with the groove of the "core ring”; the permanent magnet sits on the "return vessel”.
  • the air gap where the mobile coil is located, is the helically grooved circular space between the outer cylindrical face of the "core ring” and the upper part of the inner cylindrical face of the "return vessel".
  • the "core ring” is also provided with a central through hole which, in addition to serving as an additional cooling hole, also serves to alleviate the excessive compression that could occur (in the case of vibrations due to loud sounds) between the "core ring” and the “dust cover” of the membrane, since some elements of the speaker are counterproductive to said compression.
  • the "core ring” is provided with additional through-cooling holes.
  • Figure 1 shows a view in profile and exploded view of the different elements that make up the new speaker; the "return vessel”, as well as the coil, the membrane and its attached “dust cover”, are observed in section.
  • Figure 2 shows the magnetic circuit mounted, but separated from the coil and its screen.
  • Figure 3 shows all the assembled elements in their final positions; the flow of the outgoing refrigerator air is also shown, during the movement of the screen towards the magnet; during the reverse movement of the screen, the air flow would be the opposite, that is, incoming.
  • Figures 4 and 5 show paths, in plan and profile, respectively, of the "core ring”.
  • the new perfected self-cooled speaker, electrodynamic type consists of a magnetic circuit consisting of a permanent magnet (1) cylindrical and two polar pieces (2 and 3), one of which is a "core ring” (2) cylindrical placed on the permanent magnet (1), while the other pole piece is a "return vessel” (3) of circular plan, on which the permanent magnet (1) sits.
  • the novel speaker is characterized in that the "core ring” (2) has a plurality of helical grooves (4) in its outer cylindrical face, while the “return vessel” (3) also has a plurality of helical grooves (5 ) in the upper part of its inner cylindrical face, coinciding with the striatum (4) of the "core ring" (2).
  • the coil (10) is housed in the air gap formed between the outer cylindrical face of the "core ring” (2) and the inner cylindrical face of the "return vessel". It is the oscillatory movement of the coil (10) itself, which, transmitted to the "dust cover” (6) of the membrane (7), is used as a booster pump for forced air reciprocating (8) for cooling.
  • the "core ring” (2) is provided with additional through holes (9) for cooling and is also provided with a central through hole (11) which, in addition to serving as an additional cooling hole, also serves to relieve waves of Excessive compression that could occur between the "core ring” (2) and the "dust cover” (6) of the membrane (7), since some elements of the loudspeaker such excessive compression are counterproductive.

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Abstract

Altavoz autorrefrigerado perfeccionado, de tipo electrodinámico, constituido por un circuito magnético compuesto por un imán permanente (1) cilindrico y dos piezas polares (2 y 3), una de las cuáles es un "anillo de núcleo" (2) cilindrico colocado sobre el imán permanente (1), mientras que la otra pieza polar es un "vaso de retorno" (3) de planta circular, sobre el cuál se asienta a su vez el imán permanente (1), caracterizado esencialmente porque el "anillo de núcleo" (2) presenta una pluralidad de estrías helicoidales (4) en su cara cilindrica exterior, mientras que el "vaso de retorno" (3) presenta también una pluralidad de estrías helicoidales (5) en la parte alta de su cara cilindrica interior, coincidente con el estriado (4) del "anillo de núcleo" (2).

Description

TITULO
ALTAVOZ AUTORREFRIGERAPO PERFECCIONADO
DESCRIPCIÓN PE LA INVENCIÓN
CAMPO TÉCNICO.
El objeto de Ia presente invención, tal como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, hace referencia a un altavoz autorrefrigerado de tipo electrodinámico, aunque opcionalmente, puede ser también cualquier otro tipo de altavoz.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.
Un altavoz electrodinámico está constituido, en principio, por una bobina eléctrica móvil colocada en el entrehierro circular de un circuito magnético cerrado, permanente y fijo; cuando Ia bobina es recorrida por una intensidad eléctrica alterna, se generan en dicha bobina fuerzas eléctricas alternas en consonancia con esa intensidad alterna; son dichas fuerzas las que hacen que Ia bobina vibre (en virtud de su movilidad) y transmita dichas vibraciones, o bien a una membrana, o bien a una pantalla acústica, a Ia que está adosada; de este modo se genera el sonido y se transmite al aire circundante.
En líneas generales, el circuito magnético de un altavoz está constituido por, al menos, tres elementos básicos: un imán permanente cilindrico y dos piezas polares; una de ellas (Ia polar superior) es un "anillo de núcleo" cilindrico de magnetismo temporal (confeccionado en hierro "dulce" o similar) colocado sobre el imán permanente, mientras que Ia otra (Ia polar inferior) es un "vaso de retorno" (encargado de cerrar el circuito magnético) de planta circular, sobre el que se asienta a su vez el imán permanente; en este caso, el entrehierro en donde se ubica Ia bobina móvil, es el espacio circular que queda entre Ia cara cilindrica exterior del "anillo de núcleo" y Ia parte superior de Ia cara cilindrica interior del "vaso de retorno". Normalmente, la energía eléctrica consumida por un altavoz depende de Ia intensidad que circula por Ia bobina del mismo, Ia cuál a su vez depende, en sentido amplio, de Ia impedancia del altavoz, y en concreto, de Ia resistencia eléctrica de su bobina; idealmente, toda Ia energía eléctrica que Ie llega al altavoz debería convertirse en energía acústica, pero esto no ocurre así ya que buena parte de dicha energía se convierte en calor; este calor, generado en Ia propia bobina móvil, es consecuencia del efecto Joul debido al paso de Ia intensidad eléctrica por las espiras de dicha bobina. El calor generado provoca en el altavoz dos efectos negativos.
En primer lugar, el calentamiento de Ia bobina produce un aumento de Ia resistencia eléctrica de sus espiras (en virtud del coeficiente de temperatura positivo que presentan los metales con los que se suelen confeccionar), Io cual provoca una disminución de Ia intensidad eléctrica y por Io tanto, de Ia potencia que llega al altavoz; ello produce una disminución del nivel sonoro del altavoz conocido como "pérdida por compresión de potencia".
En segundo lugar, si el calentamiento es excesivo, además del efecto anterior se puede tener un segundo y peor efecto que consiste en que Ia bobina puede llegar a quemarse, con Io que el altavoz quedaría inutilizado,
La evacuación de este calor se realiza, normalmente, transmitiéndose de forma natural por gradiente de temperatura, desde Ia bobina hacia los componentes fijos cercanos a Ia misma (es decir, hacia las piezas polares del imán permanente) a través del entrehierro; por último, el calor pasa desde dichas piezas y/o desde el imán permanente, hacia el exterior, a Ia atmósfera; se trata pues de una transmisión de calor que funciona de manera pasiva y con una velocidad relativamente lenta, debido a Ia relativamente baja conductividad térmica del hierro y otros materiales ferromagnéticos, que son los utilizados normalmente en Ia fabricación de los elementos que componen el circuito magnético del altavoz. Para evitar el inconveniente que supone Ia acumulación de calor en Ia bobina y los dos efectos negativos anteriormente mencionados que ello conlleva, algunos modelos algo más avanzados presentan en Ia cara cilindrica exterior del "anillo de núcleo", unas muescas o ranuras verticales que permiten una cierta circulación de aire verticalmente entre Ia bobina móvil y el "anillo de núcleo".
Sin embargo, este procedimiento es poco efectivo y apenas aumenta ligeramente Ia capacidad de evacuación del calor, con respecto a otros modelos de altavoz más tradicionales.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
Con el fin de superar los inconvenientes antes mencionados, se ha diseñado el novedoso altavoz autorrefrigerado perfeccionado, objeto de Ia presente memoria técnica. En términos generales, Ia presente invención se refiere a un nuevo modelo de altavoz que, dotado de Ia capacidad de autorrefrigerarse, permite aumentos de potencia de al menos un 35 %, con respecto a otros modelos de prestaciones, calidad y precios, similares.
El nuevo altavoz está realizado de tal modo que su circuito magnético presenta, en el entrehierro, un estriado helicoidal a ambos lados de Ia bobina móvil; es el propio movimiento oscilatorio de Ia bobina el que, transmitido a Ia "tapa guardapolvo" de Ia membrana acústica, sirve como bomba impulsora (de vaivén), del aire forzado de refrigeración; dicho aire forzado se hace circular pues, en vaivén, por el interior de un circuito de refrigeración del que forma parte el estriado helicoidal del entrehierro.
De este modo, Ia refrigeración de Ia bobina móvil es mucho más efectiva, ya que el aire de refrigeración, forzado a circular en torno a Ia bobina y a ambos lados de Ia misma, por el interior de las estrías helicoidales, está mucho más tiempo en contacto directo con Ia misma; así, Ia transmisión de calor, por contacto entre el aire de refrigeración y Ia bobina, es mucho más eficiente. El nuevo altavoz dispone, en esencia, de un circuito magnético compuesto por tres elementos básicos: un imán permanente cilindrico y dos piezas polares, Ia superior y Ia inferior; Ia pieza polar superior es un "anillo de núcleo" cilindrico, con un estriado helicoidal en su cara cilindrica exterior; dicho "anillo de núcleo" va colocado sobre el imán permanente; Ia pieza polar inferior es un "vaso de retorno" (encargado de cerrar el circuito magnético) de planta circular, con un estriado helicoidal en Ia parte alta de su cara cilindrica interior, coincidente con el estriado del "anillo de núcleo"; sobre el "vaso de retorno" se asienta a su vez el imán permanente.
De este modo, el entrehierro, en donde se ubica Ia bobina móvil, es el espacio circular estriado helicoidalmente que queda entre Ia cara cilindrica exterior del "anillo de núcleo" y Ia parte alta de Ia cara cilindrica interior del "vaso de retorno". El "anillo de núcleo", está dotado también de un orificio pasante central que, además de servir como orificio adicional de refrigeración, sirve también para aliviar Ia compresión excesiva que se podría producir (en el caso de vibraciones debidas a sonidos fuertes) entre el "anillo de núcleo" y Ia "tapa guardapolvo" de Ia membrana, ya que a algunos elementos del altavoz les es contraproducente dicha compresión.
Opcionalmente, el "anillo de núcleo" está dotado de orificios pasantes adicionales de refrigeración. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS. Con el objeto de ilustrar cuanto hasta ahora hemos expuesto, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva y formando parte integrante de Ia misma, de un conjunto de dibujos en los que se ha representado de manera simplificada y esquemática, un ejemplo de realización práctica únicamente explicativo aunque no limitativo, de las características de Ia novedosa invención. La figura 1 muestra una vista en perfil y en despiece, de los distintos elementos que componen el novedoso altavoz; el "vaso de retorno", así como Ia bobina, Ia membrana y su "tapa guardapolvo" adosada, se observan en sección. La figura 2 muestra el circuito magnético montado, pero separado de Ia bobina y su pantalla.
La figura 3 muestra todos los elementos ensamblados en sus posiciones definitivas; también se muestra el flujo del aire saliente refrigerador, durante el movimiento de Ia pantalla hacia el imán; durante el movimiento inverso de Ia pantalla, el flujo del aire sería el contrario, es decir, entrante.
Las figuras 4 y 5 muestran sendas vistas, en planta y perfil respectivamente, del "anillo de núcleo".
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO PRÁCTICO.
En las figuras que acompañan a Ia presente memoria se describe, a modo de ejemplo, un caso práctico de realización del dispositivo objeto de Ia misma. El nuevo altavoz autorrefrigerado perfeccionado, de tipo electrodinámico, está constituido por un circuito magnético compuesto por un imán permanente (1) cilindrico y dos piezas polares (2 y 3), una de las cuáles es un "anillo de núcleo" (2) cilindrico colocado sobre el imán permanente (1), mientras que Ia otra pieza polar es un "vaso de retorno" (3) de planta circular, sobre el cuál se asienta a su vez el imán permanente (1).
El novedoso altavoz se caracteriza porque el "anillo de núcleo" (2) presenta una pluralidad de estrías helicoidales (4) en su cara cilindrica exterior, mientras que el "vaso de retorno" (3) presenta también una pluralidad de estrías helicoidales (5) en Ia parte alta de su cara cilindrica interior, coincidente con el estriado (4) del "anillo de núcleo" (2).
La bobina (10) se aloja en el entrehierro constituido entre Ia cara cilindrica exterior del "anillo de núcleo" (2) y Ia cara cilindrica interior del "vaso de retorno". Es el propio movimiento oscilatorio de Ia bobina (10) el que, transmitido a Ia "tapa guardapolvo" (6) de Ia membrana (7), se utiliza como bomba impulsora de vaivén del aire forzado (8) de refrigeración. El "anillo de núcleo" (2) está dotado de orificios pasantes (9) adicionales de refrigeración y está dotado también de un orificio pasante central (11) que, además de servir como orificio adicional de refrigeración, sirve también para aliviar las ondas de compresión excesiva que se podrían producir entre el "anillo de núcleo" (2) y Ia "tapa guardapolvo" (6) de Ia membrana (7), ya que a algunos elementos del altavoz les es contraproducente dicha compresión excesiva.
Serán independientes del objeto de Ia presente invención los materiales que se empleen en Ia fabricación de los distintos elementos que Ia componen, así como las formas, dimensiones y accesorios que pueda presentar, pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes, siempre que no afecten a Ia esencialidad de Ia misma ni se aparten del ámbito definido en el apartado de reivindicaciones.
Establecido el concepto expresado, se redacta a continuación Ia nota de reivindicaciones, sintetizando así las novedades que se desean reivindicar:

Claims

REIVINDICACIONES.
Ia.- Altavoz autorrefrigerado perfeccionado, de tipo electrodinámico, constituido por un circuito magnético compuesto por un imán permanente (1) cilindrico y dos piezas polares (2 y 3), una de las cuáles es un "anillo de núcleo" (2) cilindrico colocado sobre el imán permanente (1), mientras que Ia otra pieza polar es un "vaso de retorno" (3) de planta circular, sobre el cuál se asienta a su vez el imán permanente (1), caracterizado esencialmente porque el "anillo de núcleo" (2) presenta una pluralidad de estrías helicoidales (4) en su cara cilindrica exterior, mientras que el "vaso de retorno" (3) presenta también una pluralidad de estrías helicoidales (5) en Ia parte alta de su cara cilindrica interior, coincidente con el estriado (4) del "anillo de núcleo" (2). 2a.- Altavoz autorrefrigerado perfeccionado, según reivindicación anterior, caracterizado porque, opcionalmente, el "anillo de núcleo" (2) está dotado de orificios pasantes (9) adicionales de refrigeración.
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