(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される１次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記１次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される２次コイルと、
前記２次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記２次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記１次コイルの直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、前記２次コイルの直流抵抗値をＲ２、インダクタンスをＬ２としたとき、インダクタンスの比Ｌ１／Ｌ２が、直流抵抗値の比Ｒ１／Ｒ２に等しくなるように、各定数Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２を選定したことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
前記１次コイルと前記２次コイルの結合係数が１に等しい場合には、前記１次コイルの巻数の２乗が、前記１次コイルの直流抵抗値Ｒ１と、前記２次コイルの直流抵抗値Ｒ２との比に等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種音響装置、映像装置に使用するスピーカ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なスピーカ装置は、図４に示すような構成とされている。これは、ダイナミック型スピーカと呼ばれているもので、このスピーカ装置の磁気回路は、ドーナツ形状のマグネット１と、鉄などの磁性材料からなる第１および第２の磁気ヨーク２、３と、空隙（ギャップ）４とを含んで構成される。第１の磁気ヨーク２は、円柱状のポールピース２ａと、このセンターポール部２ａに対して直交する円板状のフランジ部２ｂとからなっている。第２の磁気ヨーク３はプレートと呼ばれるもので、その内径が、ポールピース２ａの外周径よりも、空隙４の分だけ大きい径とされたドーナツ形状とされている。
【０００３】
そして、マグネット１の内周中空部およびプレート３の内周中空部内に、ポールピース２ａが挿入される状態で、第１の磁気ヨーク２のフランジ部２ｂの前面と、プレート３とにより、マグネット１が挟まれて取り付けられている。フランジ部２ｂの前面およびプレート３の面と、マグネット１との接触部は接着されている。
【０００４】
そして、非導電体で構成されるボイスコイルボビン５に巻回されたボイスコイル６が、プレート３とポールピース２ａとの間の空隙４内に位置するように、配される。また、ボイスコイルボビン５には、音響振動板７、例えばコーン紙が接着されて取り付けられている。音響振動板７は、そのエッジ部において、スピーカフレーム８に、取り付けられて固定されている。ボイスコイル６からは、信号入力線（リード線）９が導出される。
【０００５】
この図４のスピーカ装置においては、ボイスコイル６に音響信号による電流Ｉが流れることにより、磁気空隙４の磁束Ｂとの相互作用によって、音響振動板７を振動させる駆動力Ｆが生じる。この駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｄ    …（式１）
と表すことができる。ここで、Ｄは、磁界中のボイスコイル６の長さである。
【０００６】
このダイナミック型スピーカ装置は、振動系に信号入力線があるため、音響振動系の振動バランスの点で問題がある。また、ボイスコイル６は、信号電流が流れることによる発熱を生じるので、このボイスコイル６の発熱によるボビンの破損を考慮しなければならず、流せる信号電流に制限があるなどの問題がある。
【０００７】
これに対して、電磁誘導型のスピーカ装置が知られている。これは、ポールピースに励磁用１次コイルが巻回されるとともに、磁気回路の空隙中に導電性の１ターンリングからなる２次コイルが設けられ、１次コイルに信号電流が流された時に、２次コイルに誘導電流が誘起され、その誘導電流が空隙中の磁束を切ることにより、２次コイルに接合されている音響振動板を駆動させる駆動力を発生させるものである。
【０００８】
この電磁誘導型のスピーカ装置においては、信号電流が供給される励磁用１次コイルは、熱伝導の良好なポールピースに巻回されるため、１次コイルの発熱の放熱が容易であり、比較的大きな信号電流を１次コイルに流せるというメリットがある。また、振動系に信号入力線がないため、音響振動系の振動バランスも良好であるという特徴がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電磁誘導型スピーカ装置は、上述のような特徴を備えるが、１ターン導電性リングからなる２次コイルに流れる誘導電流の大きさは、１次コイルおよび２次コイルの定数により変化し、定数の選定によっては、１次ボイスコイルに流れる信号電流が大きくても、誘導電流として所望の大きさの電流が流れず、非効率となる場合があった。
【００１０】
この発明は、以上の点にかんがみ、電磁誘導型スピーカ装置において、２次コイルに効率良く誘導電流を誘起できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明によるスピーカ装置は、
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される１次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記１次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される２次コイルと、
前記２次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記２次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記１次コイルの直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、前記２次コイルの直流抵抗値をＲ２、インダクタンスをＬ２としたとき、インダクタンスの比Ｌ１／Ｌ２が、直流抵抗の比Ｒ１／Ｒ２に等しくなるように、各定数Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２を選定したことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、前記のように１次コイルと、２次コイルの定数が選定されたことにより、２次コイルに流れる誘導電流は最大となり、効率の良い電磁誘導方式のスピーカが実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明によるスピーカ装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。この発明においては、音響振動板の駆動方式として電磁誘導方式を用いる。
【００１４】
図１は、この実施の形態の電磁誘導方式のスピーカ装置の構造を示すものである。この例のスピーカ装置においても、磁気回路は、図４の例のスピーカ装置と同様に構成され、円柱状のポールピース１２ａと円板状のフランジ部１２ｂとを備える第１のヨーク１２と、第２のヨークを構成するドーナツ形状のプレート１３と、第１のヨーク１２のフランジ部１２ｂとプレート１３との間に配されるドーナツ形状のマグネット１１と、プレート１３とポールピース１２ａとの間の空隙１４により磁気回路が構成される。
【００１５】
そして、空隙１４を挟んで互いに対向するポールピース１２ａの外周面部と、プレート１３の内周面部との、どちらか一方あるいは双方に、励磁用１次コイルとしての駆動コイルを配する。この実施例では、ポールピース１２ａの外周面部に励磁用１次コイル１５を配する。この１次コイル１５を配するため、ポールピース１２ａの頂部近傍に、１次コイル１５の巻幅分の長さの小径部を設けるようにしても良い。
【００１６】
１次コイル１５から導出された信号入力線（リード線）１６は、第１の磁気ヨーク１２のフランジ部１２ｂに設けられた貫通孔１７を通って、フランジ部１２ｂの裏側にまで延長される。
【００１７】
そして、この実施の形態においては、空隙１４の中に、１次コイル１５と電磁結合するショートコイルからなる２次コイル１８が挿入される。この例の場合、２次コイル１８は、非磁性で、かつ導電性の材料、例えばアルミニウムの筒状リングにより、１ターンのショートコイルとして構成される。そして、この２次コイル１８を構成するアルミニウムからなる導電性１ターンリングは、ボビン１９に接着固定される。ボビン１９は、非磁性、かつ非導電性の材料、例えば厚紙により構成される。
【００１８】
２次コイル１８の幅（１ターンリングの高さに相当）は、空隙１４の振動方向の長さよりも、この２次コイル１８の振動の振幅分だけ長くしただけの長さとして、必要最小限の長さにされる。
【００１９】
そして、ボビン１９には、音響振動板２０、例えばコーン紙が取り付けられる。音響振動板２０は、可撓性のエッジ（図示せず）を介して、スピーカフレーム２１に取り付けられている。
【００２０】
以上のような構成の電磁誘導方式のスピーカ装置において、励磁用１次コイル１５に信号電流を流すと、この１次コイル１５に対向して配置された２次コイル１８の１ターンリングに誘導電流が流れる。この２次コイル１８に流れる誘導電流Ｉと、空隙１４中の磁束密度Ｂとから、２次コイル１８をそのリングの高さ方向に駆動する駆動力Ｆが生じ、これにより、音響振動板２０が信号電流に応じて振動する。
【００２１】
この場合に、２次コイル１８としての１ターンリングの長さ（リングの円周の長さ）をＬとすると、駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｌ    …（式２）
と表される。
【００２２】
そして、この実施の形態では、１次コイル１５の、直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１とし、２次コイル１８の直流抵抗値をＲ２、インダクタンスをＬ２としたとき、
Ｌ１／Ｌ２＝Ｒ１／Ｒ２    …（式３）
となるように各定数を選定する。
【００２３】
また、１次コイル１５と２次コイル１８の結合係数をｋとし、この結合係数ｋが１に等しい場合には、前記（式３）は、
Ｎ2 ＝Ｒ１／Ｒ２
Ｌ１／Ｌ２＝Ｎ2     …（式４）
と表すことができる。
【００２４】
このように各定数Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を選定したことにより、音響振動板の駆動力となる２次コイル１８の誘導電流が最大になるため、効率の良い電磁誘導スピーカ装置を実現でき、１次コイルの巻数の２乗が、前記１次コイルの直流抵抗値Ｒ１と、前記２次コイルの直流抵抗値Ｒ２との比に等しくなるように設定される。以下、このことについて、さらに説明する。
【００２５】
上述した電磁誘導方式のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路は、図２に示すように表すことができる。この図２において、前述したように、Ｒ１，Ｌ１は、それぞれ励磁用１次コイル１５の直流抵抗値、インダクタンスであり、また、Ｒ２，Ｌ２は、それぞれ２次コイル１８の直流抵抗値、インダクタンスである。そして、Ｍは相互誘導インダクタンス、Ｚinはスピーカ装置の入力インピーダンスである。
【００２６】
今、この電磁誘導方式のスピーカ装置を定電圧駆動した場合、駆動力として働く２次コイル１８としての１ターンリングに流れる誘導電流の周波数特性は次のようになる。
【００２７】
すなわち、駆動電圧をＶ１、２次コイル１８の誘導電流をＩ２とすると、駆動電圧Ｖ１に対する誘導電流Ｉ２の周波数特性は、
0003835650.tif 000002
と表すことができる。
【００２８】
（式５）から、誘導電流Ｉ２の最大値Ｉ２／Ｖ１(max) は、
Ｉ２／Ｖ１(max) ＝ｋ×（Ｌ１×Ｌ２）1/2 ／（Ｌ１×Ｒ２＋Ｌ２×Ｒ１）……（式６）
と表すことができる。
【００２９】
前記（式４）を満足すれば、前記（式６）の右辺は極大になる。すなわち、誘導電流Ｉ２は、最大になる。
【００３０】
こうして、（式３）に示すように、励磁用１次コイル１５のインダクタンスＬ１と、２次１ターン導電性リング１８のインダクタンスＬ２との比が、それぞれのコイル１５、１８の直流抵抗値の比に等しい場合に、２次コイル１８の誘導電流Ｉ２の値が最大値になることがわかる。
【００３１】
また、結合係数ｋが１に等しい場合には、（式４）に示すように、励磁用１次コイル１５の巻数Ｎの２乗が、励磁用１次コイル１５の直流抵抗値Ｒ１と２次コイル１８の直流抵抗値Ｒ２との比に等しい場合に誘導電流Ｉ２が最大になることが分かる。
【００３２】
［実施例］
上述のような構成のスピーカ装置の励磁用１次コイル１５および２次コイル１８の具体的な実施例について、説明する。
【００３３】
この実施例では、励磁用１次コイル１５および２次コイル１８としての１ターンリングの特性は、以下の通りとし、誘導電流の大きさから駆動力の周波数特性を計算した。計算は、１ターン導電リングからなる２次コイル１８のインダクタンスＬ２をパラメータとして実行した。結合係数ｋは、ｋ＝０．９とした。また、駆動電圧Ｖ１は、４ボルト、磁気回路中の磁束密度は１．５テスラ、１ターン導電性リングの長さは０．０４２ｍとした。
【００３４】
励磁用１次コイル１５は、
直流抵抗（Ｒ１）：３．２２Ω、
インダクタンス（Ｌ１）：３４．５μＨ
とした。
【００３５】
２次コイル１８（１ターン導電リング）は、
直流抵抗（Ｒ２）：０．００２０７Ω、
インダクタンス（Ｌ２）：パラメータ
とした。
【００３６】
この計算結果を図３に示す。これにより、インダクタンス比Ｌ１／Ｌ２が（式３）を満足する時に駆動力が最大になることを確認できた。また、結合係数ｋが１の場合には、（式４）から、巻数Ｎを３９に設定する。
【００３７】
なお、この実施例では、１ターン導電性リングの２次コイル１８のインダクタンスＬ２をパラメータとして変化させて定数を決定するようにしたが、２次コイル１８のインダクタンスＬ２を決定しておき、１次コイル１５のインダクタンスＬ１をパラメータとして変化させて、前記（式３）を満足するように決定するようにしてももちろんよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電磁誘導部の各定数を最適化することにより、誘導電流の大きさを最大化することができ、効率の良い電磁誘導スピーカ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるスピーカ装置の実施の形態の構造例を示す図である。
【図２】実施の形態のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路図である。
【図３】実施の形態のスピーカ装置の誘導電流の周波数特性を示す図である。
【図４】従来のダイナミック型スピーカ装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１１…マグネット、１２…第１のヨーク、１２ａ…ポールピース、１３…プレート、１４…空隙、１５…励磁用１次コイル、１６…リード線、１８…２次コイル、１９…ボビン、２０…音響振動板、２１…スピーカフレーム
【図１】
0003835650.tif 000003
【図２】
0003835650.tif 000004
【図３】
0003835650.tif 000005
【図４】
0003835650.tif 000006