Brevet FR2511569A1 — publié le 19830218

La présente invention se rapporte aux moteurs ou dispositifs d'excitation magnétiques destinés à attaquer une membrane ou un cône de haut-parleur par l'intermédiaire de sa bobine mobile, et concerne plus particulièrement un montage d'excitation magnétique comportant un ensemble noyau- culasse fabriqué d'une seule pièce. D'une manière type, un moteur d'excitation pour haut-parleur comprend dans son circuit magnétique une plaque arrière ou culasse et un noyau dressé perpendiculairement à cette dernière, ainsi qu'une plaque avant Dans un type connu de dispositif d'excitation, la culasse est réalisée par emboutissage à partir d'une ébauche ou d'un flan courant et est perforée d'un trou en son milieu, tandis qu'un noyau cylindrique massif, qui comporte une cheville correspondant au trou ménagé dans la culasse, est fixé sur la culasse de manière que la cheville du noyau soit dans le trou, le noyau et la culasse étant liés à la presse, soudés par points ou réunis autrement d'une façon permanente au niveau du trou ménagé dans la culasse. Dans un autre type de dispositif d'excitation comportant l'ensemble combiné d'un noyau et d'une culasse, l'ensemble noyau-culasse est formé d'une seule pièce de métal par des procédés de moulage ou de forgeage à chaud ou à froid. D'une manière type, l'ensemble est conformé dans une série de postes d'emboutissage, le produit final comportant un noyau massif et une culasse qui en fait partie intégrante. Souvent, les noyaux relevant de la technique antérieure doivent être perforés d'un trou d'aération permet- tant de diminuer la pression A cet effet, et également pour permettre d'obtenir une dissipation supplémentaire de chaleur par convection, le noyau est percé axialement En outre, en modifiant la matière constituant le noyau par enlèvement d'une partie du métal, les caractéristiques de performance du dispositif d'excitation peuvent être modifiées selon ce qui est désiré, dans les limites de saturation du métal. Au fur et à mesure que les dispositifs d'excita- tion pour haut-parleurs ont évolué, les coûts réels de ces derniers ont été quelque peu réduits Cependant, les formes de réalisation connues sont encore relativement coûteuses. Les noyaux et les culasses en deux pièces séparées doivent être fabriqués selon une série de stades opératoires permet- tant de réunir ces deux pièces Les ensembles combinés noyau- culasse d'une seule pièce doivent être moulés ou forgés à partir d'une billette relativement coûteuse en passant par une série de stades de façonnage Du fait que ces deux formes d'ensembles noyau-culasse possèdent des noyaux massifs, elles comportent un excès de métal, ce qui augmente leur coût. La présente invention vise à remédier aux incon- vénients précités en fournissant un moteur ou dispositif d'excitation pour haut-parleur qui présente une complexité et un coût réduits et qui double néanmoins les performances des ensembles d'excitation relevant de l'art antérieur Plus précisément, le perfectionnement selon l'invention réside dans la structure et dans le procédé de fabrication d'un ensemble noyau-culasse d'une seule pièce destiné à être uti- lisé dans des haut-parleurs comportant des membranes ou des cônes du type à bobine mobile L'ensemble noyau-culasse selon l'invention peut être fabriqué à partir d'un métal plan courant et peu coûteux selon un procédé de formage nouveau peu coûteux et à rendement élevé. Compte tenu de ce qu'un aspect nouveau et essen- tiel de l'invention réside dans le fait que l'on s'écarte totalement des procédés connus pour réaliser des ensembles combinés noyau -culasse pour moteurs de haut-parleurs, il y a lieu de noter que l'on se réfère au procédé de formage décrit ci- après par le terme "fabrication", comprenant essentiellement les opérations de formage, d'étirage et de cintrage d'un métal plan éventuellement sous la forme d'une bande, par opposition aux opérations de moulage ou de forgeage. L'ensemble noyau-culasse est fabriqué à partir d'une bande ou d'un flan plan de métal En premier lieu, le centre de l'ébauche ou du flan est surélevé en conformant le centre de manière qu'il présente la forme d'un dôme ayant des parois inclinées vers l'extérieur L'épaisseur des parties surélevées du flan est maintenue sensiblement constante. La hauteur et la largeur du dôme sont sensiblement plus importantes que la hauteur et la largeur de la partie formant le noyau de l'ensemble combiné. Après que le dôme a été formé, sa largeur est réduite en repoussant de force les parois du dôme vers l'intérieur jusqu'à ce que ces parois soient sensiblement verticales et présentent les dimensions voulues Simultané- ment, un rebord circonférentiel plan est formé autour de l'embase du dôme à partir des parois de ce dernier au fur et à mesure que sa largeur est réduite Après que l'ensemble ainsi formé a été séparé de l'ébauche ou du flan, le rebord forme la partie de l'ensemble qui constitue la culasse Les épaisseurs du rebord et du dôme sont maintenues sensiblement constantes et égales pendant que ce procédé est mis en oeuvre. Ensuite, la hauteur du dôme est légèrement réduite lorsque le sommet du dôme est aplati pour achever le noyau au moyen d'une force appliquée axialement tout en maintenant les dimensions des parois du dôme et leur orientation verticale. Enfin, le rebord circonférentiel est ébarbé pour terminer la formation de la partie formant la culasse Si cela est désiré, un trou d'aération peut être ménagé au sommet du noyau creux, soit pendant la mise en oeuvre du procédé de réalisation de l'ensemble noyau-culasse, soit en effectuant un perçage après l'ébarbage de l'ensemble. En réalisant l'ensemble combiné noyau-culasse d'une seule pièce conformément au procédé décrit ci-dessus, dans lequel l'ébauche ou flan de métal est d'abord courbé selon la forme d'un dôme présentant une hauteur et une largeur sensiblement supérieures à celles de la partie formant le noyau terminé, les stades de fabrication suivants évitent largement l'étirement du métal de l'ébauche ou du flan et, par conséquent, l'amincissement de la paroi de l'ensemble. Le dôme et ses parties de liaison présentent donc une épais- seur sensiblement égale à celle de l'ébauche ou du flan à partir duquel ces éléments sont réalisés On atteint ainsi des densités de flux magnétique les plus élevées possibles. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif d'excitation magnétique pour haut-parleur, rele- vant de la technique antérieure la-figure 2 représente une vue en coupe d'un dispo- sitif d'excitation magnétique relevant de la technique antérieure, qui est similaire à celui représenté sur la figure 1 et qui comporte un noyau percé d'un trou d'aération la figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif d'excitation pour haut-parleur,qui est comparable à celui représenté sur la figure 1 et qui constitue une forme de réalisation de l'invention; la figure 4 représente une vue en coupe d'un dispo- sitif d'excitation comparable à celui qui est représenté sur la figure 2 et illustrant une forme de réalisation de l'invention; la figure 5 représente une série de vues en coupe illustrant schématiquement le procédé selon l'invention destiné à former l'ensemble noyau-culasse d'une seule pièce, faisant partie d'un dispositif d'excitation magnétique pour haut-parleur; la figure 6 représente une vue latérale avec coupe partielle d'un haut-parleur utilisant le circuit d'excitation magnétique selon l'invention; la figure 7 représente une vue de dessus et une vue latérale de l'ensemble noyau-culasse d'un dispositif d'excitation magnétique pour haut-parleur selon l'invention; et la figure 8 représente une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention. Des ensembles noyau -culasse relevant de la technique antérieure et destinés à des dispositifs d'excita- tion magnétiques sont représentés sur les figures 1 et 2. Les ensembles représentés sont constitués par une plaque arrière ou culasse 10 et par un noyau massif 12 La plaque arrière 10 et le noyau 12 qui sont représentés sur les figures 1 et 2 sont des éléments combinés d'une seule pièce qui sont formés à partir d'une billette par un procédé de forgeage à chaud ou à froid connu Le noyau 12 de l'ensemble qui est représenté sur la figure 2 comporte un trou d'aéra- tion 14 qui est percé au niveau de l'axe du noyau et sur toute la longueur de ce dernier. Le dispositif d'excitation magnétique est situé au niveau de l'embase d'un haut-parleur comme cela est repré- senté sur la figure 6 Les éléments d'excitation de haut- parleur qui sont représentés comprennent un aimant d'excita- tion 16 et une plaque avant 18 ainsi qu'un ensemble noyau- culasse qui est d'une seule pièce et désigné par 20 Les buts et les fonctions de l'aimant 16, de la plaque avant 18 et du noyau ainsi que de la culasse sont bien connus et ce sujet ne sera plus abordé dans la suite de la présente description. En se référant à la figure 3, un moteur ou un dispositif d'excitation magnétique comportant l'ensemble noyau-culasse d'une seule pièce 20 selon l'invention est à nouveau représenté comme comportant en outre un aimant 16 et une plaque avant 18 faisant partie du dispositif d'excita- tion pour haut-parleur L'ensemble noyau-culasse 20 comprend une partie annulaire 22 formant la plaque arrière ou culasse et disposée circonférentiell-ement autour de l'embase d'un noyau creux 24 qui en fait partie intégrante L'ensemble noyau-culasse 20 est réalisé à partir d'un métal paramagnétique à perméabilité élevée, tel que du fer ou de l'acier, et présente une épaisseur et, par conséquent, une perméance qui sont sensiblement uniformes d'un bout à l'autre du corps de l'ensemble Bien que la hauteur de l'ensemble noyau-culasse soit représentée comme étant supérieure à celle de la plaque avant 18, cette particularité n'est pas nécessaire. En se référant à la figure 4, la partie 24 formant le noyau de l'ensemble noyau-culasse 20 peut comporter un trou d'aération 26 destiné à diminuer la pression et à permettre une dissipation supplémentaire de chaleur par convection Qu'il comporte un trou d'aération ou non, le sommet du noyau 24 est généralement plat, ou bien peut comprendre un petit bossage ou un épaulement central (non représenté) pour faciliter sa mise en forme La périphérie -6 du sommet du noyau peut être légèrement arrondie comme indiqué en 28, si cela est désiré, pour éviter toute accumulation indésirable de flux magnétique A titre de variante, la péri- phérie du sommet du noyau 24 peut être chanfreinée, selon un angle d'environ 450, pour permettre d'obtenir le même résultat De la même façon, la région de liaison entre la partie 24 formant le noyau et la partie 22 formant la culasse peut être arrondie, comme indiqué en 30. De préférence, l'ensemble noyau-culasse 20 est fabriqué au cours d'une série de stades de formage dans une machine d'emboutissage utilisant un emboutissage progressif et comportant plusieurs postes d'emboutissage Les configura- tions successives de l'ensemble noyau-culasse 20 après chaque stade opératoire important du processus d'emboutissage sont illustrées sur la figure 5 Le nombre des stades repré- sentés n'est donné qu'à titre illustratif et il est possible d'utiliser un nombre plus faible ou plus important de stades opératoires, en fonction de la précision dimensionnelle qui est requise,de la quantité de matière qui doit être déplacée, de la configuration finale et du type de métal qui est utilisé. L'ensemble combiné noyau-culasse 20 qui est d'une seule pièce est formé à partir d'une ébauche ou d'un flan plan 32, qui peut présenter des dimensions suffisantes pour la fabrication de l'ensemble ou bien qui peut faire partie d'une bande continue d'acier courant traversant la machine d'emboutissage (qui n'est pas représentée) Au niveau du premier poste d'emboutissage, c'est-à-dire le poste 1, le flan est soulevé au niveau de son centre par courbure et étirage pour atteindre la forme générale d'un dame 34 comportant des parois 36 inclinées vers l'extérieur L'épais- seur du dame est maintenue sensiblement constante, tandis que la hauteur et la largeur du dame sont sensiblement plus importantes que la hauteur et la largeur du noyau qui sera finalement formé, comme cela est représenté au niveau du poste 7 sur la figure 5 Tandis que la largeur moyenne du dame 34 qui est représenté au niveau du poste 1 est appro- ximativement deux fois celle du noyau qui est illustré au niveau du poste 7, et que la hauteur du dôme est approxi- mativement 1,25 fois celle du noyau qui sera finalement obte nu, la largeur et la hauteur du dôme qui est formé pendant le procédé d'emboutissage peuvent être et sont modifiées, tandis que l'épaisseur des parties formant le noyau et la culasse, telles qu'elles sont représentées au niveau du poste 7, est sensiblement égale à 1 ' épaisseur de l'ébauche ou du flan 32 non déformé. Au niveau du poste 2, la largeur du dôme est réduite en déformant les parois 36 radialement vers l'inté- rieur et, simultanément, un rebord circonférentiel plan 38 est formé dans l'embase du dôme 34, par courbure à partir des parois 36 Le procédé se poursuit et, au niveau des postes 3 et 4, la hauteur du dôme 34 est réduite et le sommet du dôme est partiellement aplati tandis que la largeur est réduite jusqu'au diamètre du noyau Au niveau des postes suivants, ce procédé de formation se poursuit jusqu'à ce que, comme cela est représenté au niveau du poste 7, le dôme 34 ait été "fabriqué" ou conformé en l'ensemble combiné noyau-culasse d'une seule pièce, selon l'invention, les épaisseurs des parties formant le noyau et la culasse et de la structure reliant ces deux parties étant sensiblement égales Après cela, l'ensemble est séparé de l'ébauche ou du flan 32 et est ébarbé si cela est nécessaire. Le dispositif d'excitation magnétique mettant en oeuvre l'ensemble noyauculasse 20 selon l'invention est représenté sur la figure 6 dans une application type à un haut-parleur dynamique 40 L'installation et l'emplacement du dispositif d'excitation magnétique dans le haut-parleur sont connus et, par conséquent, ne seront pas étudiés plus en détail. L'ensemble combiné noyau-culasse 20 est représenté en vue de dessus et en vue de côté sur la figure 7 La partie 22 formant la culasse est circulaire et présente une épaisseur a tandis que la partie 24 formant le noyau est cylindrique, sa paroi présentant une épaisseur b. Comme indiqué précédemment, les épaisseurs a et b ont généralement la même valeur, par exemple environ 3,4 mm, l'épaisseur a de la culasse étant obtenue avec une précision de l'ordre de + 0,25 mm tandis que l'épaisseur b de la paroi du noyau est obtenue avec une précision de l'ordre de + 0,75 mm. En se référant à la figure 8, une autre forme de réalisation d'un ensemble noyau-culasse d'une seule pièce est désignée par 42 Cet ensemble noyau-culasse 42 est simi- laire à l'ensemble noyau-culasse 20 et comprend une partie annulaire 44 formant une culasse diposée -circonférentiellement autour de l'embase d'un noyau creux 46 qui en fait partie intégrante Dans cette forme de réalisation, le sommet du noyau 46 est ouvert et conformé de manière à comporter une lèvre annulaire 48 qui est orientée vers l'extérieur de manière à mieux concentrer le flux magnétique au niveau de la partie critique du circuit magnétique La formation de l'ensemble noyau-culasse 42 s'effectue selon les processus précédemment décrits en se référant à la figure 5 à ceci près que,lorsque le noyau 46 est formé, la lèvre 48 est évidemment formée simultanément. Pour comparer les densités de flux dans l'ensem- ble noyau-culasse selon l'invention avec un ensemble compara- ble, forgé à froid et relevant de la technique antérieure, plusieurs ensembles selon l'invention ont été "fabriqués" à partir d'aciers présentant des épaisseurs d'environ 3,8 mm, 3,4 mm et 3 mm Les résultats de cette comparaison des densités de flux sont indiqués dans le tableau I ci après: TABLEAU I Mesures de la densité de flux ENSEMBLE NOYAU-CULASSE NUMERO DE FLUX DANS L'ENSEMBLE L'ENTREFER -1 (Tesla X 10) A 1 7 7 FURGE A FRUID 2 7,6 FABRIQUE A PARTIR D'UN 1 7,5 ACIER 1010 (normes américaines) 2 7,45 épaisseur environ 3,8 mm 3 7,60 TABLEAU I (suite) ENSEMBLE NOYAU-CULASSE NUMERO DE FLUX DANS L'ENSEMBLE L'ENTREFER (Tesla X 10) FABRIQUÉ A PARTIR D'UN 1 7,7 ACIER 1010 (normes américaines) 2 7,65 épaisseur environ 3,4 mm 4 7,5 7,5 6 7,5 FABRIQUE A PARTIR D'UN 1 7,2 ACIER 1010 (normes américaines) 2 7,1 épaisseur environ 3 mm 3 7,1 D'après le tableau I, il apparaît à l'évidence qu'un ensemble noyau- culasse réalisé selon l'invention et fabriqué à partir d'un acier d'environ 3,4 mm d'épaisseur présente une capacité de flux correspondant étroitement à celle d'un ensemble comparable et forgé à froid Les recheches qui ont conduit à l'invention ont montré que l'ensemble selon l'invention fabriqué à partir d'un acier d'environ 3,4 mm d'épaisseur est proche des limites de l'acier pour conduire le flux, du fait que le dispositif d'excitation formé à partir de l'acier plus épais suivant (épaisseur environ 3,8 mm) ne présentait pas de densité de flux plus importante, tandis que le dispositif d'excitation formé à partir de l'acier plus mince suivant (épaisseur environ 3 mm) présentait une légère diminution de la capacité de flux. D'après ce qui précède, il y a lieu de se rendre compte que par une conception soigneuse des stades d'emboutis- sage au niveau de plusieurs postes du procédé d'emboutissage et par la limitation du degré de déformation du métal au niveau de chaque poste, le procédé de fabrication comporte essentiellement le formage de la pièce de départ avec un minimum d'étirement ou de compression du métal Les parois de la partie formant le noyau de l'ensemble noyau-culasse présentent essentiellement la même épaisseur que celle de la culasse qui,à son tour, présente essentiellement l'épaisseur de la pièce formant l'ébauche ou le flan initial sans change- ment Dans la structure d'un tel ensemble, on obtient la capacité maximale pour la densité de flux. L'invention telle que décrite fournit un procédé peu coûteux et à haut rendement pour la production d'ensembles combinés noyau-culasse d'une seule pièce pour des moteurs d'excitation magnétiques de haut-parleurs à partir d'aciers plans courants et peu coûteux Ce qui est unique dans cette technique, le processus de fabrication utilise le formage avec un minimum d'étirage de manière à préserver la densité de flux du matériau paramagnétique de départ Les ensembles présentent le maximum de rendement du point de vue circuit magnétique, dans la mesure ou la partie formant le noyau est creuse et o la totalité de la section droite du métal formant ce noyau est utilisée dans le circuit magnétique sans qu'il y ait de gaspillage de métal en surplus. Les ensembles noyau -culasse d'une seule pièce selon l'invention peuvent être conçus de manière à répondre à une large gamme d'exigences de structure et d'aimantation pour des applications particulières Si l'on désire améliorer la dissipation de la chaleur à partir de la bobine magnétique, la partie formant le noyau peut s'étendre au-dessus du niveau normal de la plaque avant et/ou le sommet de ladite partie du noyau peut être percé pour déterminer une ventilation de convection supplémentaire. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modifica- tion utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre. 1 l REVENDICATIONS 1 Procédé de formage d'un ensemble combiné noyau-culasse d'une seule pièce pour un dispositif d'excita- tion magnétique destiné à un haut-parleur, la partie formant le noyau de l'ensemble étant creuse et présentant une épaisseur de paroi qui est sensiblement la même que l'épaisseur de la culasse, l'ensemble étant fabriqué à partir d'un flan plan ou d'une bande de métal au cours d'une séquence progressive qui étire, courbe et comprime le flan ou la bande de différen- tes façons, procédé caractérisé par le fait que l'on soulève le centre du flan ( 32) en étirant et en courbant ce dernier pour qu'il prenne la forme générale d'un dÈme( 34)comportant des parois ( 36) inclinées vers l'extérieur tout en maintenant sensiblement constante l'épaisseur de la partie soulevée du flan, la hauteur et la largeur du dôme étant plus importantes que la hauteur et la largeur finales à obtenir pour la partie formant le noyau de l'ensemble fabriqué, on réduit la largeur du dôme en déformant les parois de ce dernier radialement vers l'intérieur en une série de stades opératoires jusqu'à ce que les parois du dôme soient verticales et cylindriques et, simultanément, on forme un rebord périphérique plan ( 38) autour de l'embase du d 8 me,et on réduit la hauteur du dôme et on aplatit généralement le sommet de ce dernier pour terminer la partie formant le noyau tout en maintenant sensiblement constante l'épaisseur du rebord et du dôme ainsi que de la structure les reliant, et on ébarbe le rebord pour terminer la partie formant la culasse de l'ensemble. 2 Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que l'on forme un trou d'aération dans le sommet aplati du dôme. 3 Ensemble combiné noyau-culasse d'une seule pièce,destiné à un dispositif d'excitation magnétique pour haut-parleur et formé par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications l ou 2. 4 Ensemble noyau-culasse d'une seule pièce, destiné à un dispositif d'excitation magnétique pour haut- parleur, caractérisé par le fait qu'il comprend une partie annulaire plane ( 22) formant culasse, présentant une épaisseur uniforme et constituée par un métal paramagnétique,et une partie cylindrique creuse ( 24) présentant un sommet plat et formant noyau, constituée par un métal paramagnétique et se dressant verticalement à partil de la périphérie intérieure de la partie annulaire formant culasse, cette partie formant noyau comportant une paroi présentant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de la culasse. Ensemble noyau-culasse suivant la revendica- tion 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un trou d'aération ( 26) ménagé dans le sommet du noyau. 6 Ensemble noyau-culasse suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la péri- phérie du sommet plat du noyau est arrondie ( 28). 7 Ensemble noyau-culasse suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la périphérie du sommet plat du noyau est chanfreinée. 8 Ensemble noyau-culasse suivant la revendica- tion 4, caractérisé par le fait que le sommet de la partie formant noyau est ouvert et comporte une lèvre annulaire ( 48) orientée vers l'extérieur.