Brevet FR2956273A1 — publié le 20110812

Moteur magnétique de transducteur électrodynamique La présente invention concerne un dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique à bobine mobile, du type comprenant un circuit magnétique constitué d'au moins un aimant lié. L'invention est notamment destinée à rentrer dans la constitution d'un haut-parleur électrodynamique. Toutefois, l'invention peut s'appliquer à tout type de moteur magnétique à bobine mobile. On connaît déjà un moteur magnétique de haut-parleur électrodynamique io à bobine mobile comprenant un circuit magnétique réalisé en aimant lié, par l'exemple qu'en donne le document de brevet aux noms des demanderesses, publié sous la référence WO2009/133149. Selon ce document, le moteur de haut-parleur classique avec aimants permanents et plaques de fer avant et arrière pour guider les lignes de champ, est remplacé par une structure 15 d'aimant lié en forme d'anneau réalisé en plasto-aimant (matériau liant de type thermoplastique) ou élasto-aimant (matériau liant de type élastomère), ayant une section transversale de forme hémicirculaire ou hémi-ellipsoïdale. La face plane de l'anneau peut se trouver soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur de l'anneau. L'aimantation est réalisée de telle sorte qu'elle suit en tout point la 20 courbure du demi-cercle ou de la demi-ellipse, de sorte qu'elle est donc perpendiculaire à la face plane de l'anneau. Cela permet de concentrer efficacement le champ magnétique sur le trajet de la bobine mobile prévue pour se déplacer autour d'une position de repos dans une zone d'excursion d'un espace libre vertical en vis-à-vis de la face plane de l'anneau, et ainsi de limiter 25 très fortement le champ de fuite par rapport à une structure de moteur classique. En effet, les moteurs de haut-parleurs classiques contiennent du fer, ce qui engendre un certain nombre de non-linéarités nuisibles à la qualité et à la fidélité de la restitution sonore du transducteur. Des structures de moteur sans fer avaient déjà été proposées (voir par exemple le document 30 FR2892886), réalisées en aimant frittés, mais de telles structures sont relativement compliquées à fabriquer et nécessitent plusieurs étapes d'assemblage. Elles sont en outre sensibles à la corrosion. Aussi, la structure sans fer en aimant lié du document WO2009/133149 permet avantageusement de pallier au problème de champ de fuite des moteurs de haut-parleurs classiques, tout en évitant les inconvénients liés aux structures en aimants frittés. En outre, l'intérêt d'utiliser des aimants liés réside également dans la facilité de fabrication de tels moteurs qui en découle. En effet, ces structures sont réalisées par injection de plasto-aimant ou d'élasto- aimant dans un moule pouvant avoir une grande variété de formes. Ceci permet donc de concevoir des moteurs magnétiques ayant des structures plus astucieuses que celles classiquement utilisée, afin d'améliorer le champ magnétique utile créé et donc de limiter encore le champ de fuite. Cependant, des simulations de champ magnétique généré à l'intérieur io d'une structure d'anneau en aimant lié de forme hémicirculaire ou hémiellipsoïdale comme décrit dans le document WO2009/133149, ont conduit à constater que cette forme n'est pas optimale en termes de champ magnétique. La figure 1 illustre à cet effet un exemple de calcul de champ magnétique obtenu dans un moteur annulaire 30 en aimant lié selon le document 15 WO2009/133149, de section hémicirculaire, comme illustré schématiquement en coupe à côté du graphique de la figure 1. Le graphique de la figure 1 représente le champ magnétique en Tesla (T) à l'intérieur de ce moteur annulaire à une distance constante de la face plane, en fonction de la hauteur z en millimètres de la structure du moteur par rapport à un plan médian P de la 20 structure, perpendiculaire à l'axe de révolution Z du moteur annulaire. La zone hachurée sur le graphique correspond à une zone du moteur annulaire où le champ magnétique est faible ou difficilement contrôlable lors de la fabrication industrielle. Il s'avère donc que le moteur magnétique annulaire en aimant lié tel que décrit dans le document WO2009/133149 n'est pas optimisé en termes de 25 champ magnétique utile. En outre, il n'est pas non plus optimisé en termes de masse magnétique utile. Or, afin de permettre une meilleure intégration du transducteur électrodynamique, une diminution de la masse magnétique est particulièrement souhaitable. 30 Aussi, la présente invention a pour but de proposer une optimisation d'une structure de moteur magnétique à base d'aimants liés, susceptible de pallier au moins en partie aux limitations évoquées. A cette fin, la présente invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que ledit aimant lié comprend une structure annulaire creuse, ladite structure annulaire creuse comprenant une cavité annulaire reliée à une partie supérieure d'une surface extérieure de ladite structure annulaire creuse par un premier canal annulaire formant un premier entrefer dans lequel un premier enroulement de bobine mobile est apte à se déplacer. Grâce à cet agencement, la masse magnétique non utile au coeur de la structure annulaire en aimant lié, i.e. la masse magnétique correspondant à la zone hachurée de la figure 1, est supprimée, procurant ainsi un gain certain en termes d'optimisation de la masse magnétique. io Selon un mode de réalisation convenant pour des bobinages doubles, ladite cavité annulaire peut être reliée à une partie inférieure de ladite surface extérieure de ladite structure annulaire creuse, opposée à ladite partie supérieure, par un second canal annulaire aligné avec ledit premier canal annulaire à travers ladite cavité annulaire et formant un second entrefer dans 15 lequel un second enroulement de bobine mobile est apte à se déplacer. De préférence, ledit aimant lié comprend une épaisseur de matière magnétique résiduelle entre ladite cavité annulaire et ladite surface extérieure de ladite structure annulaire creuse, qui varie le long d'une section transversale de ladite structure annulaire creuse, de sorte que ledit aimant lié présente une 20 section de passage de flux magnétique selon un plan perpendiculaire à un axe de révolution de ladite structure annulaire creuse, qui est constante le long d'une dimension verticale de ladite structure annulaire creuse. En variante, ledit aimant lié peut comprendre une épaisseur de matière magnétique résiduelle constante entre ladite cavité annulaire et ladite surface 25 extérieure de ladite structure annulaire creuse. Selon un mode de réalisation, la structure annulaire creuse peut comprendre un noyau central plein, entouré par ladite cavité annulaire. Selon un mode de mise en oeuvre, ledit aimant lié peut comprendre une structure annulaire creuse de section transversale circulaire et peut ainsi former 30 un tore creux ouvert ou un tore creux fermé. Selon un autre mode de mise en oeuvre, ledit aimant lié peut comprendre une structure annulaire creuse de section transversale ellipsoïdale. Avantageusement, ladite partie supérieure de ladite surface extérieure de ladite structure annulaire creuse est au moins en partie sensiblement plane, de sorte à faciliter le montage avec d'autres éléments du transducteur électrodynamique, en particulier le saladier. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 illustre une vue en coupe schématique d'un moteur magnétique annulaire en aimant lié selon l'état de la technique ainsi qu'un graphique correspondant montrant le champ magnétique créé dans la structure io en fonction de la hauteur, et a déjà été décrite; - la Figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe de la structure annulaire d'aimant lié formant le moteur magnétique de transducteur électrodynamique selon la présente invention; - la Figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation de la 15 structure annulaire d'aimant lié selon l'invention, dans laquelle ladite structure annulaire d'aimant lié est à épaisseur constante; - la Figure 4 illustre schématiquement une configuration de support de bobine mobile à double bobinages; - la Figure 5 illustre schématiquement une autre variante de réalisation de 20 la structure annulaire d'aimant lié selon l'invention, dans laquelle ladite structure annulaire d'aimant lié est adaptée pour convenir à des bobinages doubles ; et - la Figure 6 illustre schématiquement une autre variante de réalisation de la structure annulaire d'aimant lié selon l'invention, dans laquelle ladite structure annulaire d'aimant lié est adaptée pour des bobinages de faible diamètre. 25 Les éléments en commun sur les différentes figures portent les mêmes références. L'exemple de la figure 2 illustre en coupe un moteur magnétique 10 selon l'invention constitué d'un aimant lié 11 réalisé par exemple en plasto-aimant, se présentant sous la forme d'une structure annulaire creuse, dont la géométrie 30 possède un axe de révolution Z. Selon l'exemple de la figure 2, la structure annulaire creuse en aimant lié constituant le moteur magnétique de l'invention forme un tore creux ouvert. Dans cet exemple, cette structure présente ainsi une section transversale de forme circulaire. Dans un mode de réalisation particulier, l'aimant lié pourrait être de section ellipsoïdale. Selon l'invention, la structure annulaire creuse comprend une cavité annulaire 12, permettant de supprimer la masse magnétique non utile au coeur du plasto-aimant. La cavité annulaire 12 est reliée à une partie supérieure 13 de la surface extérieure 14 de la structure annulaire creuse par un premier canal annulaire 15, destiné à constituer un premier entrefer. Ce premier entrefer définit un espace étroit entre les deux surfaces planes verticales 15a et 15b de l'aimant lié formées par les bords du canal annulaire 15, où une première bobine 17 montée sur un support mobile 16 centré sur cet entrefer peut coulisser verticalement. Le champ magnétique créé à l'intérieur de l'aimant lié io suit en tout point la courbure du cercle (ou de l'ellipse) et s'échappe hors de l'aimant par les deux surfaces planes verticales 15a et 15b définissant le premier entrefer, de sorte qu'au niveau de celui-ci, l'aimantation est perpendiculaire aux deux surfaces planes 15a et 15b entre lesquelles est destinée à être placée la bobine mobile 17. Ceci revient à minimiser l'angle 15 entre chaque surface 15a, 15b de l'entrefer et le support 16 de la bobine. Dans le cas optimal, ces trois surfaces doivent être parallèles. L'optimisation de la masse magnétique du moteur magnétique en aimant lié repose donc en premier lieu sur la disposition particulière selon une structure annulaire creuse, permettant avantageusement de supprimer la masse 20 magnétique non utile au coeur de la structure annulaire réalisé en plasto- aimant. Cependant, en plus du gain de masse obtenu en supprimant la masse magnétique non utile au coeur de la structure annulaire, un gain de masse additionnel peut également être obtenu en optimisant la forme de la matière 25 magnétique résiduelle restant entre la cavité annulaire 12 et la surface extérieure 14 de la structure annulaire creuse de l'aimant lié 11. La cavité annulaire 14 est ainsi configurée pour définir une épaisseur de matière magnétique résiduelle variable entre elle et la surface extérieure de la structure annulaire creuse le long de cette surface extérieure. 30 En particulier, en se reportant aux notations utilisées sur la figure 2, une telle optimisation consiste à conformer la structure annulaire creuse en faisant varier l'épaisseur e(8) de matière magnétique résiduelle comprise entre la cavité annulaire 12 et la surface extérieure 14, en fonction de l'angle 8, de sorte que l'aimant lié 11 présente une section de passage du flux magnétique constante le long de sa dimension verticale. La section de passage du flux est définie par la surface magnétique que présente la structure annulaire creuse de l'aimant lié coupée selon un plan perpendiculaire à l'axe Z. L'optimisation de la forme de la matière magnétique résiduelle en jouant sur son épaisseur doit permettre de garantir que la surface magnétique est constante en fonction du flux, de sorte à conserver une surface magnétique constante pour toute hauteur z du moteur. Pour ce faire, la variation d'épaisseur e(8) en fonction de l'angle 8 doit suivre la loi suivante, en se reportant également à la figure 2 pour les notations io utilisées dans la formule ci-dessous : R + éxt (e) +' nt (0) cos(e) 2 Avec R : le rayon de la bobine mobile destinée à coulisser dans l'entrefer défini par les surfaces planes 15a et 15b ; rext(8) : le « rayon » externe de la structure annulaire creuse ; et 15 r;nt(8) : le « rayon » interne de la structure annulaire creuse. Les formes telles que le rayon externe ou le rayon interne est constant sont les formes les plus optimales en termes de fabrication. Afin d'optimiser au mieux le rendement du moteur, il est souhaitable d'éviter au maximum les changements brutaux de courbure de la section. Ceci 20 revient à minimiser (faire tendre vers zéro) la dérivée seconde de la courbure. Une telle optimisation de la masse magnétique permet de guider le champ magnétique dans l'aimant lié et de concentrer celui-ci sur le « trajet de la bobine » dans un entrefer très réduit et ainsi, de limiter très fortement le champ de fuite comparé à une structure classique. 25 Cette structure s'avère particulièrement avantageuse pour les applications de moteurs magnétiques où il est nécessaire de créer un champ magnétique intense dans l'entrefer avec une faible masse de moteur. En effet, la structure annulaire creuse de l'invention permet une réduction de la masse du moteur par rapport à la masse d'un moteur classique de 50 à 80%. 30 Selon une variante de réalisation décrite en référence à la figure 3, le moteur magnétique 10 est constitué d'un aimant lié 11 comprenant une structure annulaire creuse en forme de tore ouvert à épaisseur constante. La structure annulaire creuse à épaisseur constante pourrait également être S = 2TCe(e) définie avec une section ellipsoïdale. Selon cette variante de réalisation, la cavité annulaire 12 est ainsi disposée au sein de la structure annulaire creuse, de sorte à définir une épaisseur e constante de matière magnétique résiduelle entre la cavité et la surface extérieure de la structure annulaire. Les paramètres que l'on peut faire varier sont alors l'épaisseur e de l'aimant lié 11 et le rayon interne r1 de la structure annulaire creuse. Le rayon interne minimum va imposer le débattement maximum XMax de la bobine 17: XMax REVENDICATIONS1. Dispositif de moteur magnétique (10) de transducteur électrodynamique à bobine mobile comprenant un circuit magnétique constitué d'au moins un aimant lié (11), caractérisé en ce que ledit aimant lié comprend une structure annulaire creuse, ladite structure annulaire creuse comprenant une cavité annulaire (12) reliée à une partie supérieure (13) d'une surface extérieure (14) de ladite structure annulaire creuse par un premier canal annulaire (15) formant un premier entrefer dans lequel un premier enroulement io (17) de bobine mobile est apte à se déplacer. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité annulaire (12) est reliée à une partie inférieure (21) de ladite surface extérieure (14) de ladite structure annulaire creuse, opposée à ladite partie supérieure 15 (13), par un second canal annulaire (20) aligné avec ledit premier canal annulaire (15) à travers ladite cavité annulaire et formant un second entrefer dans lequel un second enroulement (18) de bobine mobile est apte à se déplacer. 20 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit aimant lié (11) comprend une épaisseur (e(8)) de matière magnétique résiduelle comprise entre ladite cavité annulaire (12) et ladite surface extérieure (14) de ladite structure annulaire creuse, qui varie le long d'une section transversale de ladite structure annulaire creuse, de sorte que ledit aimant lié présente une 25 section de passage de flux magnétique selon un plan perpendiculaire à un axe de révolution (Z) de ladite structure annulaire, qui est constante le long d'une dimension verticale de ladite structure annulaire creuse. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit 30 aimant lié comprend une épaisseur (e) de matière magnétique résiduelle constante entre ladite cavité annulaire (12) et ladite surface extérieure (14) de ladite structure annulaire creuse. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite structure annulaire creuse comprend un noyau central plein (22), entouré par ladite cavité annulaire (12). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit aimant lié (11) comprend une structure annulaire creuse de section transversale circulaire. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite io structure annulaire creuse forme un tore creux ouvert. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite structure annulaire creuse forme un tore creux fermé. 15 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit aimant lié (11) comprend une structure annulaire creuse de section transversale ellipsoïdale. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que ladite partie supérieure (13) de ladite surface extérieure (14) de ladite structure annulaire creuse est au moins en partie sensiblement plane. 25 30