Brevet FR2971385A1 — publié le 20120810

Dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique La présente invention se rapporte à un dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique comprenant un aimant lié annulaire et un s élément tubulaire supportant un bobinage monté mobile en translation coaxialement par rapport à l'aimant lié annulaire. Un tel dispositif est notamment, mais non exclusivement, destiné à rentrer dans la composition des haut-parleurs électrodynamiques. Des dispositifs de moteur magnétique connus comportent d'une part des io éléments fixes, un aimant permanent annulaire, deux couronnes métalliques contenant du fer prenant coaxialement en sandwich l'aimant permanent en formant des plaques de champ, et un noyau contenant également du fer monté coaxialement au centre de l'aimant permanent, et d'autre part des éléments mobiles, un support cylindrique bobiné maintenu coaxialement dans l'entrefer is entre l'aimant et le noyau est une membrane reliée au support cylindrique bobiné. Le support cylindrique bobiné est par exemple réalisé en carton et il comporte des enroulements de fils, par exemple en cuivre, et l'alimentation en courant électrique de ces fils provoque le mouvement axial du support bobiné dans l'entrefer et par conséquent, les mouvements de la membrane. Ce sont 20 ces mouvements de la membrane qui provoquent alors la vibration de l'air et génèrent le son. Aussi, de nombreux éléments de ces dispositifs destinés à guider les lignes de champ de l'aimant contiennent du fer, ce qui engendre un certain nombre de non-linéarités nuisibles à la qualité et à la fidélité de restitution 25 sonore du transducteur. Par conséquent, il a été imaginé des dispositifs tout aimant, ne comprenant pas de fer. Or, les aimants frittés traditionnels sont relativement complexes à former et à adapter selon des géométries particulières. Aussi, il a été imaginé des aimants liés, plasto-aimants ou élasto-aimants, 30 pouvant être conformés à loisir. Ils sont en effet réalisés par injection dans un moule, lequel peut présenter une très grande variété de formes. Cela permet de créer des éléments dont le champ magnétique utile est amélioré et par conséquent de limiter le champ de fuite qui est un défaut principal des aimants frittés classiques. Ainsi, l'objet du document EP 2 114 086 est un dispositif de moteur magnétique, dépourvu de plaques de champ, mais dont l'aimant permanent est s un aimant lié annulaire, d'une forme particulière présentant une surface cylindrique et à l'opposé une surface convexe. Ce document divulgue notamment un dispositif magnétique dont l'aimant lié est installé à l'intérieur du support bobiné, l'aimant lié présentant une surface cylindrique externe qui s'étend en regard des enroulements de fils et une surface convexe qui s'étend io vers l'intérieur de l'aimant. Cette surface convexe est telle que la trace d'un plan axial de l'aimant lié et de la surface convexe est une hémi-ellipse. En outre, la surface cylindrique externe présente deux parties cylindriques opposées l'une de l'autre par rapport au plan médian de l'aimant. De la sorte, selon un plan axial, les lignes de champ s'étendent, d'une is partie vers l'autre à l'intérieur de l'aimant parallèlement à la courbure définie par la surface convexe hémi-elliptique et en coupant sensiblement perpendiculairement la surface cylindrique. Cela permet de concentrer efficacement le champ magnétique vers les enroulements de fils du support bobiné. 20 Cependant, les lignes de champ ne se referment pas aisément au-delà du support bobiné à l'opposé de l'aimant. Aussi, le document EP 2 114 086 divulgue la mise en oeuvre d'un aimant lié autour du support bobiné et symétrique de celui qui est logé à l'intérieur de manière à refermer les lignes de champ pour obtenir une meilleure linéarité du champ magnétique et limiter les 25 fuites magnétiques. Toutefois, la mise en oeuvre d'un aimant supplémentaire autour du support bobiné augmente le poids et le volume du dispositif de moteur magnétique. En outre, les aimants liés, plasto-aimants ou élasto-aimants, sont peu conducteurs de l'énergie thermique et par conséquent, l'énergie thermique générée dans le 30 bobinage, où la température peut atteindre 170° C, est très difficilement dissipée. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un dispositif de moteur magnétique qui permette non seulement de limiter le champ de fuite magnétique mais aussi l'accumulation d'énergie thermique. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique comprenant, d'une part un s aimant lié annulaire et d'autre part un élément tubulaire monté coaxialement par rapport audit aimant lié annulaire, ledit aimant lié annulaire présentant une surface cylindrique magnétique, tandis que ledit élément tubulaire comporte un bobinage s'étendant en regard de ladite surface cylindrique magnétique, ledit élément tubulaire étant destiné à être entraîné axialement par rapport audit io aimant lié annulaire lorsque ledit bobinage est alimenté en courant électrique. Selon l'invention, le dispositif comprend en outre un organe tubulaire métallique présentant une surface cylindrique métallique, et ledit organe tubulaire métallique est monté coaxialement par rapport audit élément tubulaire de façon que ladite surface cylindrique métallique s'étende à l'opposé de ladite surface is cylindrique magnétique par rapport audit bobinage. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre de l'organe tubulaire métallique à l'opposé de l'aimant lié annulaire par rapport à l'élément tubulaire bobiné, de manière à fermer le champ magnétique. De la sorte, le champ de fuite est très fortement limité en comparaison des structures 20 classiques et le champ magnétique est concentré à travers l'élément tubulaire bobiné. Au surplus, l'énergie thermique générée dans le bobinage se dissipe aisément à travers l'organe tubulaire métallique, qui par nature est un bon conducteur thermique. Selon l'art antérieur, en l'absence d'organe tubulaire 25 métallique, il est nécessaire d'incorporer dans l'aimant lié annulaire, des matériaux coûteux permettant cette dissipation thermique. Outre la dissipation thermique, l'organe tubulaire métallique, par exemple réalisé dans un alliage de fer, permet d'améliorer les tolérances dimensionnelles de fabrication. 30 Par ailleurs, ledit aimant lié annulaire, qui est bien évidemment un solide plein, présente avantageusement une surface opposée à ladite surface cylindrique magnétique, dont l'intersection avec un plan axial dudit aimant lié annulaire est une hémi-ellipse. Une hémi-ellipse est une courbe définie par une ellipse coupée selon l'un de ces deux axes, soit selon son petit axe qui s'étend entre ses deux centres, soit selon son grand axe qui coupe précisément les deux centres. De la sorte, les lignes de champ magnétique s'étendent, selon un plan axial, d'une partie cylindrique située d'un côté du plan médian de l'aimant s lié annulaire vers l'autre, à travers l'aimant en épousant la courbure définie par la surface opposée hémi-elliptique et en coupant sensiblement perpendiculairement la surface cylindrique de l'aimant. Elles traversent ainsi radialement l'élément tubulaire bobiné, puis rejoignent radialement également l'organe tubulaire métallique pour ensuite s'infléchir et s'étendre à travers selon io une direction axiale comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description. Selon une variante de réalisation, visant essentiellement à réduire le poids et/ou le volume du dispositif de moteur magnétique, ladite surface opposée présente une troncature formant une surface cylindrique tronquée sensiblement is parallèle à ladite surface cylindrique magnétique. Préférentiellement, ladite surface cylindrique magnétique dudit aimant lié annulaire présente deux premières demi-surfaces cylindriques, tandis que ledit aimant lié annulaire génère un champ magnétique B, et le rapport de la première demi-surface cylindrique et de la section droite de l'organe tubulaire 20 métallique facteur dudit champ magnétique B, est inférieur à la valeur du seuil de saturation magnétique du matériau dudit organe tubulaire métallique. La section droite de l'organe tubulaire correspond à la surface de cette section droite et par conséquent à la différence des surfaces de rayon externe et de rayon interne de l'organe tubulaire. Ainsi, on détermine aisément l'épaisseur 25 requise de l'organe tubulaire métallique, et notamment on évite de mettre en oeuvre un organe tubulaire trop volumineux et pesant. Ainsi, par exemple, le rapport de la première demi-surface cylindrique et de la section droite de l'organe tubulaire métallique facteur dudit champ magnétique B, est inférieur à 1,5 lorsque ledit organe tubulaire métallique est réalisé en fer. 30 Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, ladite surface cylindrique métallique présente deux secondes demi-surfaces cylindriques situées dans le prolongement axiale l'une de l'autre et divisées également par un plan médian de l'organe tubulaire, tandis que ledit bobinage est divisé en deux enroulements espacés axialement l'un de l'autre et aptes à venir s'étendre respectivement en regard desdites secondes demi-surfaces cylindriques. Les deux enroulements espacés axialement l'un de l'autre sont constitués d'un seul fil, mais enroulé en sens inverse. Ainsi, lorsque s le courant d'alimentation est délivré au fil, il circule dans deux sens opposés entre les deux enroulements. Les deux enroulements sont alors respectivement ajustés au droit des deux parties opposées de l'aimant lié annulaire, de sorte que les deux faisceaux de lignes de champ traversant les deux enroulements sont orientées dans les directions opposées l'une de l'autre. Aussi, les efforts io qui s'exercent sur l'élément tubulaire bobiné sont doubles, ce qui accroît la puissance du dispositif de moteur. Par ailleurs, selon une première variante de réalisation ledit aimant lié annulaire est monté à l'intérieur dudit élément tubulaire, tandis que ledit organe tubulaire métallique s'étend autour dudit élément tubulaire. Ainsi, l'énergie is thermique générée dans les enroulements peut se dissiper à travers l'organe tubulaire métallique et radialement vers l'extérieur du dispositif moteur, lorsque l'espace est libre autour de lui. Selon une autre variante, permettant d'évacuer l'énergie thermique axialement vers l'arrière du dispositif moteur, ledit organe tubulaire métallique est monté à l'intérieur dudit élément tubulaire, tandis que 20 ledit aimant lié annulaire s'étend autour dudit élément tubulaire. 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 : 25 - la Figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de moteur magnétique selon l'invention conformément à une variante de réalisation ; - la Figure 2A est une vue schématique partielle en coupe axiale de détail de la figure 1; 30 - la Figure 2B est un graphique en correspondance de la figure 2A représentant l'intensité du champ magnétique local ; et, - la Figure 3 est une vue schématique analogue à la figure 2A illustrant les références dimensionnelles. La Figure 1 illustre une variante de réalisation d'un dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique 10. Il comprend une partie de réception 12 reliée à une embase 14. La partie de réception 12 comporte une partie tronconique 16 solidaire d'une partie tubulaire à base circulaire 18. La s partie tronconique 16 supporte une membrane 20, tandis que la partie tubulaire 18 inclut coaxialement selon l'axe du dispositif Z, un élément tubulaire 22 formant support et solidaire de la membrane 20, un aimant lié annulaire 24 situé à l'intérieur de l'élément tubulaire 22 et un organe tubulaire métallique 26 entourant l'élément tubulaire 22. L'élément tubulaire 22 est réalisé en carton, en io aluminium, en polyimide ou en fibres de verre ou bien dans un matériau composite. Au surplus, l'élément tubulaire 22 présente une première bordure cylindrique 28 d'élément tubulaire près du rattachement à la membrane 20 et une seconde bordure cylindrique 30 d'élément tubulaire écartée du rattachement à la membrane 20. En outre, il comprend un premier enroulement is 32 d'un fil conducteur en cuivre, en aluminium ou tout autre alliage de ces matériaux, voire dans certains cas en argent, situé près de la première bordure cylindrique 28 d'élément tubulaire et un second enroulement 34 dudit fil conducteur en sens inverse situé près de la seconde bordure cylindrique 30 d'élément tubulaire. Bien évidement, les deux enroulements 32, 34 sont reliés 20 par le même fil conducteur. Dans la partie tubulaire 18 et à l'intérieur de l'élément tubulaire 22 s'étend l'aimant lié annulaire 24. Il présente une surface cylindrique magnétique 36 externe qui s'étend en regard et à distance de l'élément tubulaire 22, et à l'opposé, vers l'intérieur, une surface opposée 38 présentant, dans le plan de la 25 figure correspondant à un plan axial de l'aimant lié annulaire 24, un contour en forme de demi-ellipse. L'aimant lié annulaire 24 présente un premier plan médian PM1 perpendiculaire à l'axe Z du dispositif. Aussi, l'aimant lié annulaire 24, dans sa surface cylindrique magnétique 36 externe, présente dans sa partie supérieure, au-dessus du plan médian PM,, une demi-surface supérieure 30 cylindrique 40 externe s'étendant en regard du premier enroulement 32 de fil conducteur et dans sa partie inférieure, au-dessous du plan médian PM,, une demi-surface inférieure cylindrique 42 externe, s'étendant en regard du second enroulement 34 de fil conducteur. Bien évidemment, l'aimant lié annulaire 24 est maintenu en position fixe par rapport à la partie tubulaire 18, par exemple par l'intermédiaire de l'embase 14. L'organe tubulaire métallique 26, par exemple à base de fer, est s également maintenu en position fixe à l'intérieur de la partie tubulaire 18 et il s'étend coaxialement autour et à distance de l'élément tubulaire 22. Il présente un second plan médian PM2 confondu, sur la Figure 1, avec le premier plan médian PM1 de l'aimant lié annulaire 24. Ainsi qu'on l'expliquera plus en détail ci-après, l'élément tubulaire 22 est libre par rapport à l'aimant lié annulaire 24 et io à l'organe tubulaire métallique 26, et il est mobile axialement par rapport à ces derniers. L'organe tubulaire métallique 26 présente une surface interne cylindrique 45 divisée en deux demi-surfaces internes cylindriques opposées l'une de l'autre par rapport au second plan médian PM2, une demi-surface interne is cylindrique supérieure 44 qui s'étend en regard du premier enroulement 32 de fil conducteur, et à l'opposé par rapport au second plan médian PM2 une demi-surface interne cylindrique inférieure 46 qui s'étend en regard du second enroulement 34 de fil conducteur. Ainsi, l'élément tubulaire 22 bobiné est installé librement dans une 20 chambre annulaire 47, ou entrefer, qui s'étend entre l'organe tubulaire métallique 26 et l'aimant lié annulaire 24. Il est mobile axialement autour d'une position de repos de manière à pouvoir entraîner la membrane 20. On se reportera sur la figure 3 pour définir les dimensions et les positions relatives de l'aimant lié annulaire 24 et de l'organe tubulaire métallique 26. La 25 figure 3 est une vue de détail présentant une hémisection de l'aimant lié annulaire 24 et de l'organe tubulaire métallique 26. Ainsi, l'aimant lié annulaire 24 présente un rayon R et une hauteur H à partir du plan médian PM1 et correspondant à la hauteur de la demi-surface supérieure cylindrique 40 externe, tandis que l'organe tubulaire métallique 26 30 présente une épaisseur E et un rayon intérieur R2. Cette épaisseur E est déterminée par rapport à la densité de champ maximal avant saturation du matériau, et en l'espèce du fer. Ainsi, le ratio entre la demi-surface cylindrique externe de l'aimant lié annulaire 24, dans l'entrefer 47, et la section droite de l'organe tubulaire métallique 26 selon le second plan médian PM2, facteur du champ magnétique conféré par l'aimant lié annulaire 24, doit être inférieur à la valeur du seuil de saturation magnétique du matériau utilisé, par exemple 1,5 pour le fer. s Aussi, en choisissant pour l'aimant lié annulaire 24, un rayon R de 10 mm, une hauteur H de 6 mm, correspondant à une demi-hauteur totale de l'aimant lié annulaire 24, pour un champ magnétique de 0,4 T (Tesla) conféré par une charge au Néodyme de l'aimant lié annulaire et pour l'organe tubulaire métallique 26, un rayon intérieur R2 de 11 mm définissant alors un entrefer 47 io de 1 mm, et une épaisseur de l'organe tubulaire métallique 26 E de 2 mm, on obtient une densité de champ dans l'organe tubulaire métallique 26 voisine de 1,0 T. Cette valeur est inférieure à 1,5 T. On se reportera à présent sur la figure 2A montrant les lignes de champ magnétique 48 qui s'étendent entre l'aimant lié annulaire 24 et l'organe tubulaire is métallique 26 et pour décrire les avantages du dispositif de moteur magnétique selon l'invention. On retrouve également sur cette figure 2A partiellement, l'élément tubulaire 22 muni de ses deux enroulements, le premier 32, et le second 34. Ainsi, les lignes de champ magnétique 48 courbées s'étendent à l'intérieur 20 de l'aimant lié annulaire 24, selon une section axiale, sensiblement parallèlement à la surface opposée 38 de la surface cylindrique magnétique 36 externe, pour déboucher respectivement perpendiculairement dans les deux demi-surfaces 40, 42. Ces lignes de champ magnétique 48 sont ici, sur la figure 2A, orientées dans le sens des aiguilles d'une montre. Aussi, le champ 25 magnétique est orienté dans l'entrefer 47, de la demi-surface supérieure externe 40 de l'aimant lié annulaire 24 vers la demi-surface interne cylindrique supérieure 44 de l'organe tubulaire métallique 26. Il est ensuite guidé axialement dans l'organe tubulaire métallique 26 vers la demi-surface interne cylindrique inférieure 46 et traverse en sens inverse l'entrefer 47 vers la demi- 30 surface inférieur cylindrique externe 42 pour rejoindre l'aimant lié annulaire 24. On a représenté sur la figure 2B en correspondance, les variations du champ magnétique dans l'entrefer 47 lequel s'inverse dans la partie inférieure par rapport à la partie supérieure, comme on vient de l'expliquer ci-dessus. Ainsi, la linéarité du champ magnétique utilisable dans l'entrefer 47 n'est plus liée à des éléments extérieurs mais au seul organe tubulaire métallique 46. De la sorte, la qualité sonore d'un haut-parleur réalisé avec le dispositif de moteur magnétique objet de l'invention est augmentée. En outre, et ainsi qu'on s l'a expliqué ci-dessus, la géométrie de l'organe tubulaire métallique 46 peut être parfaitement déterminée, et notamment son épaisseur, en fonction de la densité de champ maximal du matériau utilisé, soit 1,5 T dans le fer. En outre, l'élément tubulaire 22 présentant les deux enroulements 32, 34 est entièrement ajusté dans le champ magnétique ce qui permet d'atteindre des io linéarités élevées et d'améliorer plus encore la qualité sonore restituée. Selon la présente variante de réalisation, l'organe tubulaire métallique 26 est situé autour de l'élément tubulaire 22, tandis que l'aimant lié annulaire 24 est situé lui à l'intérieur. De la sorte, et dans la mesure où l'espace autour de l'organe tubulaire métallique 26 est relativement libre, la dissipation thermique is est grande. De la sorte, les éléments en matière plastique utilisés, notamment pour guider l'élément tubulaire 22, sont préservés de la chaleur. Toutefois, il est envisagé une autre variante de réalisation ou l'organe tubulaire métallique 26 et l'aimant lié annulaire 24 dans une autre configuration inverse, sont permutés. De la sorte, l'organe tubulaire métallique 26 évacue 20 l'énergie thermique axialement. Selon encore une autre variante de réalisation, illustrée sur la Figure 1 par des traits interrompus 50, 52, parallèles à l'axe du dispositif Z, la surface opposée 38 de l'aimant lié annulaire 24 présente une troncature formant alors une surface cylindrique tronquée 54 parallèle et coaxiale à la surface 25 cylindrique magnétique 36. De la sorte, on allège l'aimant annulaire 24. REVENDICATIONS1. Dispositif de moteur magnétique de transducteur électrodynamique comprenant, d'une part un aimant lié annulaire (24) et d'autre part un élément s tubulaire (22) monté coaxialement par rapport audit aimant lié annulaire, ledit aimant lié annulaire (24) présentant une surface cylindrique magnétique (36), tandis que ledit élément tubulaire (22) comporte un bobinage (32, 34) s'étendant en regard de ladite surface cylindrique magnétique (36), ledit élément tubulaire (22) étant destiné à être entraîné axialement par rapport audit io aimant lié annulaire (24) lorsque ledit bobinage est alimenté en courant électrique ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe tubulaire métallique (26) présentant une surface cylindrique métallique (45), et en ce que ledit organe tubulaire métallique (26) est monté coaxialement is par rapport audit élément tubulaire (22) de façon que ladite surface cylindrique métallique (45), s'étende à l'opposé de ladite surface cylindrique magnétique (36) par rapport audit bobinage (32, 34). 2. Dispositif de moteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit aimant lié annulaire (24) présente une surface opposée (38) à 20 ladite surface cylindrique magnétique (36) dont l'intersection avec un plan axial dudit aimant lié annulaire (24) est une hémi-ellipse. 3. Dispositif de moteur magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface opposée (38) présente une troncature formant une surface cylindrique tronquée (54) sensiblement parallèle à ladite surface 25 cylindrique magnétique (36). 4. Dispositif de moteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite surface cylindrique magnétique (36) dudit aimant lié annulaire (24) présente deux premières demi-surfaces cylindriques (40, 42), tandis que ledit aimant lié annulaire génère un 30 champ magnétique B, et en ce que le rapport de la première demi-surface cylindrique et de la section droite de l'organe tubulaire métallique (26), facteur dudit champ magnétique B est inférieur à la valeur du seuil de saturation magnétique du matériau dudit organe tubulaire métallique (26). . Dispositif de moteur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport de la première demi-surface cylindrique et de la section droite de l'organe tubulaire métallique (26), facteur dudit champ magnétique B, est inférieur à 1,5 lorsque ledit organe tubulaire métallique (26) est réalisé en s fer. 6. Dispositif de moteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite surface cylindrique métallique (45) présente deux secondes demi-surfaces cylindriques (44, 46) situées dans le prolongement axiale l'une de l'autre, tandis que ledit bobinage est divisé en io deux enroulements (32, 34) espacés axialement l'un de l'autre et aptes à venir s'étendre respectivement en regard desdites secondes demi-surfaces cylindriques (44, 46). 7. Dispositif de moteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit aimant lié annulaire (24) est is monté à l'intérieur dudit élément tubulaire (22), tandis que ledit organe tubulaire métallique (26) s'étend autour dudit élément tubulaire. 8. Dispositif de moteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit organe tubulaire métallique (26) est monté à l'intérieur dudit élément tubulaire (22), tandis que ledit aimant 20 lié annulaire (24) s'étend autour dudit élément tubulaire.