Brevet FR2799919A1 — publié le 20010420

i ACTIONNEUR A AIMANT PERMANENT ET BOBINE ELECTRIQUE D'EXCITATION, NOTAMMENT HAUT-PARLEUR DE TELEPHONE MOBILE La présente invention a pour objet un actionneur à aimant permanent et bobine électrique d'excitation, notamment un haut-parleur de téléphone mobile ou encore un haut-parleur de micro-ordinateur personnel. Elle a pour but de rendre le mouvement d'un tel actionneur insensible à des perturbations électromagnétiques externes. Dans les téléphones mobiles, on utilise des haut-parleurs qui sont placés naturellement vers le haut de l'appareil, de façon à correspondre à la position d'une oreille d'un auditeur. L'antenne de rayonnement électromagnétique d'un tel téléphone mobile est également placée vers le haut de l'appareil. En pratique un circuit imprimé électrique formant une carte électronique est placée en regard du haut-parleur et achemine les signaux d'émission jusqu'à cette antenne. Au moment de la mise en service et de la reconnaissance du téléphone mobile par une station de base, ce téléphone mobile émet des signaux protocolaires sur la fréquence de balise de cette station de base, avec une puissance nominale, avant que cette station de base ne lui assigne une puissance d'émission moindre, en rapport avec son éloignement. Quand le téléphone mobile est loin de la station de base, la puissance d'émission est par ailleurs en permanence nominale. Le signal électrique correspondant à cette reconnaissance protocolaire de même que tous les signaux échangés sont contenus dans des fenêtres temporelles de 577 microsecondes dans des trames de huit fenêtres dont la durée est de 4,615 millisecondes (en mode GSM TDMA - Time Division Multiple Access - Accès multiple à répartition dans le temps). L'amplificateur de sortie du téléphone mobile est donc le siège d'une consommation impulsionnelle avec une fréquence de l'ordre de 217 Hz. Cette consommation forte engendre un bruit électromagnétique qui se propage dans le boîtier du téléphone mobile et qui dans certains cas conduit à une excitation mécanique parasite de la membrane du hautparleur du téléphone mobile. L'utilisateur entend alors un bruit de cavalcade, au moins au moment de la reconnaissance. Ce bruit est gênant. La perturbation constatée n'est pas une perturbation du signal audio qui alimente le haut-parleur (même si cette source intervient également), mais une induction de courant dans la bobine du haut-parleur, ce qui a pour effet de mettre en mouvement la bobine et la membrane du haut- parleur et donc de produire du bruit. Ce bruit est dit bruit de burst en référence aux enveloppes impulsionnelles des puissances consommées dans les fenêtres temporelles. Ainsi, lorsqu'on court-circuite le haut-parleur sur lui-même, sans aucun contact électrique avec le circuit imprimé, on perçoit le bruit de burst de la même manière. Sur certains téléphones mobiles, le problème est moins critique car le haut-parleur est relativement éloigné du circuit imprimé sur la carte électronique. Dans la mesure o il est difficile de prévoir la structure du champ magnétique rayonné par une carte électronique, ce genre de problème n'est décelable qu'au moment de l'intégration du haut-parleur dans le mobile, même si on sait qu'il est toujours préférable d'éloigner au maximum le haut-parleur des pistes radio à forte puissance. En fonctionnement normal, on applique une tension U(t) aux bornes du hautparleur. La bobine d'excitation de ce dernier est alors parcourue par un courant i. Cette bobine baigne par ailleurs dans un champ magnétique statique radial B0 créé par un aimant du haut-parleur. Il en résulte une force F appliquée à la bobine, appelée force de Laplace, et dont la valeur est donnée par: F = ilB0, I étant la longueur de fil de la bobine. Cette force est tantôt positive tantôt négative suivant le sens de parcours du courant dans la bobine. La bobine étant solidaire de la membrane du haut-parleur, I'ensemble bobine plus membrane est ainsi mis en mouvement. En mode perturbé, la tension d'excitation a une origine différente. Un champ électromagnétique externe Be(t), variable dans le temps, embrasse la bobine du haut-parleur et créé un flux magnétique 0e au travers de cette bobine, dont la valeur est donnée par 0e(t) = NSBe(t), o N est le nombre de spire de la bobine et S la surface d'une spire. Ce sont les variations dans le temps de ce flux qui génèrent une force électromotrice (une tension) e aux bornes de la bobine selon la relation e=-d0e/dt. Cette tension e voit en face d'elle une résistance électrique relativement faible (la résistance électrice du haut-parleur (R=8Q) en série avec la résistance interne de l'amplificateur (r8Q)). Donc un courant non négligeable traverse la bobine, ce qui active la membrane selon le même principe que celui évoqué précédemment. Une solution consistant à mettre une grosse résistance en série avec le haut-parleur a le mérite de supprimer les effets sensibles d'un tel bruit. Elle a cependant l'inconvénient de conduire à une alimentation audio surdimensionnée et consommatrice d'énergie. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénient cité en combattant le mal par le mal. On sait en effet qu'une tension +e apparaît aux bornes de la bobine lorsque celle-ci est plongée dans le champ perturbateur Be(t) . En plaçant alors, selon l'invention, une seconde bobine, identique à la première et à proximité de celle-ci, une tension +e va apparaître de la même manière à ses bornes. Il reste alors à brancher en série, mais en opposition (c'est-à-dire avec des sens de bobinage inverses), les deux bobines, pour que les deux tensions s'annulent. Si du fait de la perturbation Be(t) aucune tension n'est appliquée aux bornes des deux bobines, alors aucun courant correspondant n'y circule. Si aucun courant n'y circule, alors aucune force mécanique ne s'exerce sur la bobine et donc la membrane du haut-parleur ne bouge pas du fait de la perturbation. L'invention a donc pour objet un actionneur comportant un aimant permanent, une partie actionnée et une première bobine électrique d'excitation mécanique, mobile par rapport à I'aimant et fixée à la partie actionnée, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième bobine électrique, bobinée en série avec la première bobine mais de manière à produire une force contre- électromotrice inverse de celle produite par la première bobine quand elles sont soumises toutes deux à un même champ électromagnétique ou magnétique temporellement variable. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figures 1 à 3b: trois variantes d'un actionneur selon l'invention, appliquées à la réalisation d'un haut-parleur, notamment un haut-parleur de téléphone mobile; - Figure 4: des détails de réalisation de la deuxième variante préférée de l'invention. La figure 1 montre un actionneur selon l'invention. Cet actionneur dans l'exemple représenté peut servir à réaliser un haut-parleur, notamment un haut- parleur de téléphone mobile. Cet actionneur comporte un aimant permanent 1, une première bobine 2, et une partie actionnée 3, ici une membrane 3 d'un haut-parleur. La membrane 3 est fixée à la bobine 2, notamment par collage d'un anneau central de cette membrane 3 sur un chant supérieur de cette bobine 2. Cette bobine 2 est placée autour d'un fût central 4 de l'aimant 1. La bobine 2, et la membrane 3 sont mobiles par rapport au fût central 4, dans une direction perpendiculaire à un champ radial B0 régnant dans un entrefer 5 de I'aimant 1. L'actionneur de l'invention est principalement caractérisé par la présence d'une deuxième bobine 6 reliée en série avec la bobine 2 de telle manière qu'elle produise une force contre-électromotrice inverse de celle produite par la première bobine 2 quand elles sont soumises toutes deux à un même champ électromagnétique ou magnétique temporellement variable. On verra plus loin comment en pratique peut être réalisée la mise en série électrique des deux bobines. Dans un exemple, les deux bobines 2 et 6 ont chacune entre 40 et 50 spires. Les dimensions des surfaces S des spires de ces bobines 2 et 6 et leurs nombres N sont tels que N2*S2 - N6*S6. Dans un exemple, le champ électromagnétique temporellement variable est un champ perturbateur Be(t). Il est par exemple celui produit par des pistes conductrices gravées sur un circuit imprimé d'une carte électronique placée à proximité, voire qui porte l'actionneur. Ce champ perturbateur peut par exemple être orienté perpendiculairement au champ B0. Dans les exemples représentés, les premières et deuxièmes bobines sont coaxiales. Ce mode préféré n'est cependant pas une nécessité. En fonctionnement normal les deux bobines 2 et 6 en série sont soumises à une tension U(t) d'un signal utile dont on veut que l'actionneur suive les états. Dans l'invention, I'inversion de connexion est prévue pour que le courant qui circule dans les deux bobines ait un sens de rotation différent dans l'une de celui qu'il a dans l'autre. Si les deux bobines sont solidaires l'une de l'autre et baignent dans le champ moteur Bo, les forces mécaniques qui s'exercent sur les bobines peuvent alors s'opposer et la membrane ou le levier 3 ne seront pas mis en mouvement sous l'effet de la tension U(t). Il existe alors plusieurs solutions pour produire un mouvement. Soit les bobines seront désolidarisées l'une de l'autre (figures 1 et 2), soit elles seront fixées l'une à l'autre (figures 3a et 3b). Quand elles sont désolidarisées, seule l'une d'entre elles est motrice pour entraîner la membrane 3. Quand elles sont solidaires, l'aimant est aménagé. Dans le premier cas, figure 1, en plus de la désolidarisation, on dégage la seconde bobine 6 du champ moteur Bo. Par exemple la bobine 6 est collée contre la base 7 de l'aimant 1. Seule la bobine 2 est motrice car dans l'aimant 1 le champ passe essentiellement par l'entrefer 5. Il se reboucle dans le socle 8 de l'aimant 1. Le champ perturbateur tend à faire naître un courant en sens inverse dans ces deux bobines, ce qui n'est pas possible vu leur mode de connexion. En conséquence, aucun courant perturbateur ne s'installe qui serait du à un tel champ perturbateur, et la membrane 3 n'est soumise qu'à des mouvements utiles reproduisant la tension U(t). Dans cette variante, I'efficacité du système risque toutefois d'être mise en défaut. En effet, pour que la compensation vis à vis du champ perturbateur soit parfaite, il est préférable que les deux bobines 2 et 6 baignent dans un champ magnétique perturbateur de la même façon. Ceci n'est pas tout à fait le cas car les bobines 2 et 6 sont éloignées l'une de l'autre. Il est possible par exemple que des fuites du champ perturbateur passent entre les deux bobines, dans le socle 8. Dans ce premier cas également, une deuxième solution, figure 2, permet à l'opposé de laisser baigner une seconde bobine 9 dans le champ B0, et surtout dans un champ perturbateur identique au champ perturbateur perçu par la bobine 2. De ce fait la compensation est parfaite. Dans cette deuxième solution, la deuxième bobine 9 est emboîtée dans la première bobine 2. Pour qu'elle soit dissociée mécaniquement de la bobine 2, la bobine 9 est de préférence collée autour du fût 4 de l'aimant 1 (ou contre le socle 8) pour empêcher son mouvement. Là aussi, les deux bobines sont désolidarisées et seule la première bobine joue un rôle moteur. Dans le deuxième cas, on utilise un double aimant 10. Ce double aimant 10 comporte une partie basse 11 du type de celui de l'aimant 1, et une partie 12 complémentaire (montrée vue de dessus figure 3b). La partie 12 comporte un fût central lié par une console 15 de retour de champ à une couronne périphérique. La console 15 est peu épaisse et laisse la bobine mobile fluctuer normalement. Les deux parties 11 et 12 présentent lors de leur empilage et de leur collage l'une sur l'autre un entrefer contigu de dimension commune o flottent les bobines. Par contre, le sens du champ moteur B0 dans l'entrefer 5 de la partie 1 1 est de sens opposé au sens du champ Bo' dans l'entrefer 13 de la partie complémentaire. Le champ dans la partie supérieure 12 est radial divergent et, dans la partie inférieure 11, le champ est radial convergent, ou vice et versa. Les deux bobines ont alors un rôle moteur combiné pour des courant qui les parcourent avec des sens de rotation opposés. Toutefois, les spires de la deuxième bobine 14, quand elles pénètrent dans l'entrefer de la partie supérieure 12 provoquent un effort contraire sur la membrane. Ce n'est pas gênant dans la mesure o le courant dans les brins actifs est suffisant pour continuer à déplacer la membrane 3. Au besoin un espace sans brin conducteur est ménagé entre les deux bobines. La hauteur de cet espace correspond au débattement attendu des bobines sous l'effet de la tension U(t). Cette solution présente par ailleurs l'avantage que la réalisation industrielle de la bobine globale 2-14 et que son montage dans l'actionneur sont identiques à ceux de l'état de la technique. La figure 4 montre en détail la réalisation d'un haut-parleur avec la variante de la figure 2. On commence par bobiner et coller un bobinage 9 autour d'un fût 4 d'un aimant permanent. Ce bobinage est effectué en au moins deux nappes de façon à ce que deux brins conducteurs 16 et 17 de ce bobinage débouchent, en couple de préférence, à une première extrémité 18 de la bobine 9. Puis on place autour de la bobine 9 une paroi de glissement 19, par exemple sous la forme d'un manchon en polytétrafluoroéthylène, ou au besoin en recouvrant la partie externe de la bobine 9 avec une couche de paraffine. Puis on monte une extrémité d'une première bobine 2 contre une membrane vibrante 3. Un pourtour extérieur de cette membrane 3 est fixé à une structure périphérique 20. Le bobinage de la bobine 2 est aussi effectué en au moins deux nappes de façon à ce que deux brins conducteurs 21 et 22 de ce bobinage débouchent, en couple de préférence, à une deuxième extrémité 23 de la bobine. Les brins 21 et 22 sont collés contre le dos de la membrane 3. Le fût 4 et la bobine 9 sont ensuite introduits dans la bobine 2 de façon à ce que les extrémités 18 et 23 soient opposées l'une à l'autre. Les brins 16 et 17 sont ensuite repliés autour de la bobine 2, mais avec suffisamment de jeux, avant d'être eux-aussi collés, au moins en partie, contre le dos de la membrane 3, à un endroit ou la connexion du brin 17 au brin 21 est possible. L'ensemble sera ensuite alimenté entre les brins 16 et 22. L'assemblage est enfin monté en accrochant la structure 20 sur le pied-droit périphérique de l'aimant 1. A ce moment, le fût 4 est collé contre le socle 8 de l'aimant. Il est à noter que la résistance électrique du haut-parleur sera double (R=16n au lieu de R=8Q), puisqu'on met deux bobines en série. Dans ce cas, on peut modifier en conséquence l'impédance interne de l'amplificateur d'alimentation des bobines. De préférence, la deuxième bobine 6 ou la deuxième bobine 9 seront réalisées avec des brins conducteurs de plus gros diamètres. Leur résistance électrique en sera réduite d'autant. Sur le plan moteur aucun problème d'inertie n'est à redouter car dans ces dernières variantes les deuxièmes bobines 6 et 9 sont fixes. REVENDICATIONS 1 - Actionneur comportant un aimant permanent, une partie actionnée et une première bobine électrique d'excitation mécanique, mobile par rapport à I'aimant et fixée à la partie actionnée, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième bobine électrique, bobinée en série avec la première bobine mais de manière à produire une force contre- électromotrice inverse de celle produite par la première bobine quand elles soht soumises toutes deux à un même champ électromagnétique ou magnétique temporellement variable. 2 - Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième bobine est placée à l'extérieur du champ de l'aimant. 3 - Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième bobine est placée à l'intérieur du champ de l'aimant. 4 - Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième bobine est séparée mécaniquement de la première bobine par une paroi de coulissement. - Actionneur selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la deuxième bobine est emboîtée dans la première bobine, en ce que la première et la deuxième bobine comportent chacune un couple de brins d'alimentation débouchant côte à côte, le couple de brins de la première bobine débouchant à une extrémité de celle-ci opposée à l'extrémité de la deuxième bobine d'o débouche le couple de brins de cette deuxième bobine. 6 - Actionneur selon l'une des revendications 1 5, caractérisé en ce que la deuxième bobine est maintenue fixe par rapport à l'aimant. 7 - Actionneur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième bobine est placée à l'intérieur du champ de l'aimant, est mobile avec la première bobine et en ce que l'aimant possède un entrefer dans lequel le champ subit une inversion d'orientation. 8 - Actionneur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie actionnée est une membrane d'un haut-parleur de téléphone mobile.