Brevet FR2941837A1 — publié le 20100806

La présente invention entre dans le domaine de l'électromécanique. L'invention trouvera une application toute particulière, mais aucunement limitative, au sein des transducteurs 5 électrodynamiques. Ces transducteurs électrodynamiques sont généralement utilisés en tant que haut-parleurs, géophones et microphones. La présente invention concerne un équipage mobile pour un transducteur électrodynamique, comprenant au moins un mandrin 10 support d'enroulement d'au moins un fil bobiné. De manière connue, un transducteur électrodynamique comprend un équipage mobile généralement constitué d'une bobine de fil de cuivre ou d'aluminium enroulée sur un mandrin, ce dernier étant réalisé dans un matériau souple et léger, tel que 15 du papier aluminium ou des films de polymère à base d'imides, comme le � KAPTON � �. Par ailleurs, dans le cadre d'un haut-parleur, un équipage mobile comprend un diaphragme, communément dénommé � membrane �, relié à une extrémité de son mandrin. Ce dernier sert de support au fil de ladite bobine, se présente 20 sous la forme d'un tube cylindrique. L'ensemble bobine-mandrin est monté mobile dans le sens axial de ladite bobine au sein d'un espace dit � entrefer � parcouru par un champ magnétique permanent, de sorte que lorsqu'un courant parcourt le fil de la bobine, cette dernière se déplace au sein de l'entrefer. En 25 d'autres termes, ce système permet de transformer un courant électrique en énergie mécanique, ou inversement. On notera que ledit champ magnétique permanent est généré par un aimant. Le déplacement de l'équipage mobile induit des vibrations 30 de ce diaphragme, générant des ondes acoustiques en fonction du courant traversant ladite bobine. Plus particulièrement, un équipage mobile oscille à l'intérieur d'un fourreau de guidage. Ce dernier se présente sous forme cylindrique, entourant une partie dudit équipage 35 mobile et à l'intérieur duquel est généré ledit champ magnétique. L'évolution de la technique tend à améliorer le rendement et le comportement dynamique d'un tel équipage mobile. De ce fait, le mandrin et la membrane sont conçus en des matériaux les plus légers et les plus fins possibles et sont conformés en ce sens. A savoir, le mandrin se présente sous la forme d'un cylindre évidé en son centre sur lequel est enroulé en périphérie le fil de ladite bobine. La réduction du poids du mandrin et du diaphragme entraine souvent la réduction de leur rigidité ; cette diminution de la rigidité peut entrainer des modes propres résonants dans la bande passante du haut-parleur. Des non-linéarités naissent de ces modes propres qui affectent la réponse en fréquence du transducteur électrodynamique. Ces non-linéarités génèrent des distorsions harmoniques et inharmoniques du son, particulièrement désagréables à l'écoute. De plus, l'énergie des modes propres qui n'est pas restituée en acoustique est emmagasinée pendant l'excitation de l'équipage mobile, puis restituée dès que l'excitation est arrêtée, menant à un phénomène de trainage, au détriment de la qualité du son produit. Pour améliorer le rendement, on a recourt à des matériaux toujours plus légers, mais aussi plus rigides. Pour plus d'efficacité contre les modes propres, certaines pièces sont aussi épaissies en vue d'augmenter leur rigidité, et sont donc plus lourdes, à l'inverse des solutions envisagées précédemment pour améliorer le rendement. Selon le guidage utilisé des déplacements de l'équipage mobile, la conception du mandrin support de bobine donne souvent lieu à une pièce longue et creuse qui, d'une part, engendre un surpoids et, d'autre part, possède des modes propres vibratoires dans la bande passante du transducteur électrodynamique. De plus l'excitation élevée d'un tel mandrin peut provoquer sa déformation, altérant grandement sa durée de vie et ses capacités. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant de réaliser un équipage mobile aux dimensions réduites pour un transducteur électrodynamique permettant de réduire ou supprimer l'effet des modes propres dans la bande passante, tout en assurant un guidage optimal dans la direction selon un axe de déplacement. Pour ce faire, l'invention a pour objet un équipage mobile pour transducteur électrodynamique. Un tel équipage mobile comprend au moins un mandrin support d'enroulement d'au moins un fil bobiné. Plus particulièrement ledit mandrin comprend ledit mandrin comprend au moins un premier élément solidaire intérieurement d'au moins un second élément de guidage de l'équipage mobile au sein dudit transducteur, ledit premier élément constitue des moyens d'émission de vibrations générées par le déplacement du bobinage induit par le passage du courant à l'intérieur du fil bobiné. Un tel mandrin possède avantageusement une surface émissive permettant d'émettre directement des vibrations. L'élément central améliore aussi la rigidité globale du mandrin, permettant d'utiliser des matériaux plus légers. Appliqué au sein d'un haut-parleur, un tel équipage mobile permet d'améliorer la linéarité d'un tel dispositif acoustique. Il permet aussi de s'affranchir d'un diaphragme classique sous forme d'une membrane extérieure. De plus, l'enfermement du bobinage à l'intérieur du mandrin permet de transmettre directement au mandrin l'effort résultant du déplacement de la bobine. En particulier, l'élément support servant aussi de surface émettrice oscille exactement comme la bobine, d'où l'amélioration de la linéarité de la réponse. En d'autres termes, le mandrin connu qui faisait office de support de bobine n'est plus qu'un élément de guidage de l'équipage mobile selon l'invention. Par conséquent, l'équipage mobile selon l'invention possède des modes propres repoussés en dehors des limites de la bande passante dudit transducteur électrodynamique. En outre, le contact de la bobine avec les deux éléments constituant le mandrin selon l'invention améliore la dissipation thermique de la bobine lors de son excitation, limitant son échauffement et donc, contribuant à éviter les phénomènes de compression du son émis par le transducteur électrodynamique. Dès lors la bobine transmet son effort directement au premier élément support d'enroulement qui présente des caractéristiques émettrices de vibration qui par ses oscillations engendre les ondes sonores, notamment au travers de sa surface d'émission. De plus, cet élément peut aussi servir de support du bobinage, alors enveloppé à l'intérieur de l'élément de guidage et donc d'un tel mandrin. La réponse de la surface d'émission est alors identique à celle de la bobine, approchant une linéarité acoustique parfaite. L'invention concerne aussi un transducteur électrodynamique comprenant un tel équipage mobile, notamment un transducteur de type haut-parleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un équipage mobile selon l'invention ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 selon un autre mode de réalisation ; et - la figure 3 est une vue de la figure 1 en coupe 25 transversale selon l'axe A-A'. La présente invention concerne un équipage mobile 1 ainsi qu'un transducteur électrodynamique équipé d'un tel équipage mobile. En référence à la figure 1, un tel équipage mobile 1 30 comprend au moins un mandrin 2 support d'enroulement d'au moins un fil bobiné 3. En particulier, ledit mandrin 2 est constitué d'un ou plusieurs éléments pouvant se présenter sous la forme d'un tube, d'un tube partiellement creux, sur toute ou partie de sa longueur ou de sa section, ou bien d'une barre, notamment 35 cylindrique. Il est destiné à recevoir un ou plusieurs fils 3 enroulés de manière à constituer une bobine. Ledit mandrin 2 comprend au moins un premier élément 4 d'enroulement dudit fil bobiné 3 solidaire d'au moins un second élément 5 de guidage de l'équipage mobile 1 au sein dudit transducteur. En d'autres termes, la bobine se retrouve située à l'intérieur dudit mandrin 2, supportée par le premier élément 4 et entourée par le second élément 5. Avantageusement, une caractéristique de l'invention consiste en la solidarisation particulière de ladite bobine à l'élément support 5 de sorte qu'elle transmette son effort directement et sans intermédiaire audit élément support 4. De plus, selon les modes de réalisation visibles sur les figures 1 et 2, ledit fil bobiné 3 peut être enroulé au sein d'au moins une gorge 6. Cette dernière est ménagée en périphérie dudit premier élément 4, notamment au niveau de son chant périphérique 7. On notera que plusieurs gorges 6 peuvent s'étendre sur tout ou partie du chant 7 dudit premier élément 4 de manière à recevoir chacune un ou plusieurs fils bobinés 3. Comme évoqué précédemment, on notera que le second 20 élément 5 constitue des moyens de guidage de l'équipage mobile 1 à l'intérieur du haut-parleur. A ce titre, ledit second élément 5 peut être constitué d'un matériau rigide et léger, tel de la fibre de carbone ou de la fibre de verre. 25 De plus, selon un mode non limitatif de réalisation, le guidage du second élément 5 peut être réalisé au moyen de liquide ferromagnétique pour la formation de joints ferrofluides 8. De tels joints 8 sont visibles sur la figure 2 et sont 30 disposés de manière fixe au niveau de la paroi extérieure dudit second élément 5. Chaque joint 8 peut alors se présenter sous forme annulaire autour dudit second élément 5, entourant ce dernier. Selon le mode préférentiel et essentiel de réalisation, 35 ledit premier élément 4 constitue des moyens d'émission d'oscillations générées par le mouvement de la bobine induit par le passage du courant à l'intérieur du fil bobiné 3. En utilisant la surface dudit élément support 4 en tant que surface émissive enveloppée de l'élément de guidage, la poussée ne s'effectue plus par une pièce intermédiaire comme auparavant, mais directement, minimisant les pertes et frottements. On constate alors que l'invention permet de repousser les modes propres en dehors des limites de la bande passante du transducteur électrodynamique. En outre, la surface émissive de l'élément support 4 est constituée au moins en partie par une surface s'étendant orthogonalement par rapport à l'axe du mandrin 2. En d'autres termes, cette surface émissive se déplace selon un mouvement de translation parallèle à l'axe du haut-parleur. En d'autres termes, cette surface émissive est au moins en partie constituée par la face supérieure dudit premier élément support 4. Par conséquent, ce dernier devient émetteur de vibrations sonores, à la manière d'un diaphragme. On notera que ledit élément support-émetteur 4 peut être 20 prévu rigide, massif et léger, constitué d'un complexe multicouche, tel de la mousse de carbone. Selon un mode préférentiel de réalisation, ledit premier élément 4 peut être constitué d'un matériau complexe tricouche, composé notamment de deux couches de carbone au centre 25 desquelles s'étend une pellicule pourvue d'une structure en nid d'abeille. Cette dernière couche peut être remplacée par tout autre type de matériau poreux utilisé dans la conception de matériau tricouche, par exemple de la mousse ROHACELL�. L'élément support d'enroulement et émetteur est donc 30 constitué d'un bloc plein, notamment en multicouche, de sorte qu'il soit le plus rigide possible afin que ses fréquences propres soient les plus élevées possibles, tout en restant le plus léger possible pour améliorer le rendement. Avantageusement, ledit second élément 5 est formé d'au 35 moins un tube. Le premier élément 4 peut quant à lui être plein, constitué d'une barre ou d'une surface d'obturation de la section du tube du second élément 5. Plus particulièrement, ledit premier élément 4 peut être constitué d'une surface obturant l'intégralité de la section intérieure dudit second élément 5. De plus, comme évoqué précédemment, cette surface d'obturation peut constituer une surface d'émission, génératrice d'ondes acoustiques. Selon le mode de réalisation non limitatif, représenté sur la figure 3, le premier élément 4 est solidaire intérieurement du second élément 5. Les premier 4 et second 5 éléments présentent une section identique circulaire. Le second élément 5 est alors conformé en cylindre de révolution tandis que le premier élément 4 se présente sous la forme d'un disque. Un tel disque est particulièrement visible sur les figures 1 et 2. Comme évoqué précédemment, ledit disque et ledit tube sont préférentiellement de forme cylindrique, à base circulaire. Selon un autre mode de réalisation, la base du disque peut être polygonale, notamment parallélépipédique rectangle, tandis que la base du tube reste circulaire. Dès lors, ledit tube présente un espace intérieur de section polygonale pour recevoir ledit disque. A ce titre, ledit tube présente une section complémentaire à la section dudit disque, de manière à entourer ledit premier élément 4 et ledit fil bobiné 3 autour du premier élément 4. Il convient de noter que l'insertion du disque du premier élément 4 à l'intérieur du tube du second élément 5 permet d'augmenter considérablement la rigidité de ce dernier, et par conséquent de l'ensemble du mandrin 2 et de l'équipage mobile 1, d'où les fréquences des modes propres qui augmentent. En particulier, ledit disque et ledit tube sont en contact avec le bobinage. La surface intérieure du tube épouse donc la forme de l'élément support-émetteur 4. Les premier 4 et second 5 éléments se retrouvent en contact avec la bobine manière à conduire idéalement la chaleur dégagée par celle-ci lors de son excitation, ce qui lui permet de garder une température de fonctionnement raisonnable pour éviter les phénomènes de compression du son émis par le transducteur électrodynamique. On notera que les premier 4 et second 5 éléments peuvent être rendus solidaires entre eux, au niveau du chant périphérique 7 dudit premier élément 4, par l'intermédiaire de moyens de fixation adaptés, notamment par collage. Dès lors, la bobine est emprisonnée au niveau dudit chant 7, notamment au sein de la gorge 6 du disque, améliorant la transmission de ses mouvements à l'élément support 4 qui devient alors, au travers de la transmission direct du mouvement d'excitation de la bobine, émetteur de vibrations, à savoir une source de rayonnement acoustique, mettant en mouvement l'air pour créer les ondes acoustiques. L'élément support 4 déjà rigide, est donc positionné dans l'élément de guidage 5, ce dernier seul possédant certainement des modes propres gênants. Toutefois, le fait qu'il soit collé à l'élément support 4 augmente ses fréquences propres. L'ensemble des deux éléments 4 et 5 formant le mandrin 2 constitue un équipage mobile 1 dont les fréquences propres sont en dehors de la bande passante du haut-parleur. Avantageusement, ledit disque peut présenter au moins une de ses bases plane, convexe ou concave. Selon les différents modes de réalisation, la base supérieure 9 peut être prévue plane, convexe ou concave, tandis que la base inférieure 10 est indépendamment plane, convexe ou concave. Elle peut aussi être uniforme ou présenter des différences de planimétrie. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la base supérieure 9 est plane et la base inférieure 10 est concave. Comme évoqué précédemment, ces différentes formes de la surface des bases s'étendent sensiblement dans un ou plusieurs plans orthogonaux à l'axe du mandrin 2. De plus, afin de renforcer l'élément support-émetteur 4 et augmenter sa rigidité, au moins une de ses bases est traitée par un matériau de recouvrement 11. Un tel matériau 11 peut être constitué par un composite, notamment un vernis ou un film plastique, voir de la fibre de carbone. En fonction du matériau utilisé, cette couche de recouvrement 11 en surface extérieure d'au moins une des bases dudit premier élément 4 peut conférer une imperméabilité à tout type de fluide, notamment l'air. Le mode de réalisation de la figure 2 montre une face supérieure 9 recouverte d'un tel matériau 11. L'invention concerne aussi un transducteur électrodynamique, notamment de type haut-parleur, comprenant au 10 moins un équipage mobile 1 comme précédemment décrit. Un transducteur électrodynamique équipé de l'équipage mobile selon l'invention présente les mêmes caractéristiques qu'évoquées précédemment. La présente invention s'inscrit dans un contexte dans 15 lequel les ondes acoustiques générées par l'équipage mobile 1 peuvent être guidées grâce au saladier du transducteur électrodynamique. La présente invention enferme le bobinage à l'intérieur du mandrin 2 permettant de lui transmettre directement l'effort 20 résultant du déplacement de la bobine, en particulier au premier élément support de bobine 4. Avantageusement, au moins l'une des faces du premier élément 4 constitue une surface émettrice de vibrations sonores, tel un diaphragme, transformant le mandrin 2 en un équipage 25 mobile 1, possédant un diaphragme intérieurement. L'invention permet donc de s'affranchir d'un diaphragme extérieur sous forme d'une membrane. Un objectif principal de l'invention est que la réponse de la surface émissive soit le plus en accord avec le comportement de la bobine. 30 De plus, le contact de la bobine avec les deux éléments 4 et 5 constituant le mandrin 2 selon l'invention améliore la dissipation thermique de la bobine lors de son excitation, limitant son échauffement et donc, contribuant à éviter les phénomènes de compression du son émis par le transducteur 35 électrodynamique. Enfin, l'invention offre une meilleure rigidité de l'équipage mobile 1, tout en conservant des matériaux le plus légers possibles, d'où l'élévation des fréquences des modes propres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention, en particulier l'équipage mobile 1 selon l'invention trouvera une application dans tout type de dispositif, non limitativement incorporé à un transducteur électrodynamique, notamment de type haut-parleur, géophone ou microphone. REVENDICATIONS1. Equipage mobile (1) pour transducteur électrodynamique, comprenant au moins un mandrin (2) support d'enroulement d'au moins un fil (3) bobiné, caractérisé par le fait que ledit mandrin (2) comprend au moins un premier élément (4) solidaire intérieurement d'au moins un second élément (5) de guidage de l'équipage mobile (1) au sein dudit transducteur, ledit premier élément (4) constitue des moyens d'émission de vibrations générées par le déplacement du bobinage induit par le passage du courant à l'intérieur du fil bobiné (3). 2. Equipage mobile (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier élément (4) constitue un support d'enroulement dudit fil bobiné (3) de sorte que le bobinage se situe à l'intérieur dudit mandrin (2). 3. Equipage mobile (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'émission sont au moins en partie constitués d'une surface dudit premier élément (4). 4. Equipage mobile (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier élément (4) comprend au moins un disque tandis que ledit second élément (5) est formé d'au moins un tube de section complémentaire à la section dudit disque, de manière à entourer ledit premier élément (4) et ledit fil bobiné (3) autour du premier élément (4). 5. Equipage mobile (1) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit disque comprend au moins une gorge (6) d'enroulement dudit fil bobiné (3), ladite gorge (6) étant ménagée dans le chant périphérique dudit premier élément (4). 6. Equipage mobile (1) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que ledit disque 35 et ledit tube sont en contact avec ledit fil bobiné (3). 7. Equipage mobile (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit premier élément (4) présente au moins une de ses bases plane, convexe ou concave. 8. Equipage mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une des bases dudit premier élément (4) est traitée par un matériau de recouvrement. 9. Transducteur électrodynamique, notamment de type haut-10 parleur, comprenant au moins un équipage mobile (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.