ОПОРА ЗВУКОВОЙ КАТУШКИ ДЛЯ МОТОРНОГО УЗЛА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КАТУШКИ
VOICE COIL SUPPORT FOR MOTOR UNIT OF COIL CONVERTER

Настоящее изобретение относится к каркасу звуковой катушки для преобразователя движения звуковой катушки, а более конкретно к каркасу звуковой катушки, приспособленному к размещению в магнитном поле для того, чтобы каркас звуковой катушки совершал возвратно-поступательное движение вдоль оси смещения.
Это изобретение раскрывается в контексте развития конструкции преобразователя движения звуковой катушки для громкоговорителя. Однако предполагается, что оно может быть полезно и в других областях применения, таких как микрофоны, геофоны и вибраторы.
Обычно преобразователи движения звуковой катушки, такие, которые используются в традиционных электродинамических громкоговорителях, содержат средства для генерирования магнитного поля, предназначенные для создания магнитного поля, в котором катушка, закрепленная на подвижной части, также называемой сердечником или каркасом звуковой катушки, может управляться током управления для подвода колебаний к диафрагме, соединенной с каркасом звуковой катушки для получения звука. Чтобы увеличить выход, а также уменьшить инерцию громкоговорителя, каркас звуковой катушки, который является подвижной частью, и присоединенная к нему диафрагма проектируются таким образом, чтобы быть легче, насколько это возможно.
Чтобы удовлетворить этим требованиям, и каркас звуковой катушки, который обычно представляет собой полый цилиндр, и диафрагма, которая представляет собой конический фрагмент материала, изготовляются из материала, такого как бумага, алюминий, полиамидные пленки, выпускаемые, например, под товарным знаком Kapton, а также из стекловолокна или другого легкого композиционного материала.
Сокращение веса каркасов звуковой катушки уменьшает их жесткость, и в конечном итоге приводит к генерации резонансных частот. Таким образом, частотные характеристики преобразователей движения звуковой катушки находятся под влиянием нелинейностей.
Эти нелинейности возникают из-за взаимодействия видов колебаний между механическими видами колебаний и акустическими видами колебаний, что в конечном итоге приводит к передаче энергии между механическими волнами и акустическими волнами.
Эта проблема приводит к тому, что некоторые гармоники звука, произведенного громкоговорителями со встроенными в него преобразователями движения звуковой катушки, едва слышны и почти погашены, особенно в высоких частотах. При более низких частотах некоторая энергия поглощается во время активизации устройства и компенсируется, когда активация прекращается, приводя к более длинному заднему фронту волны, при этом звук, произведенный в громкоговорителе, становится каким-то нечётким.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного каркаса звуковой катушки для преобразователя движения звуковой катушки, и в особенности такую сборку, которая уменьшала бы или гасила бы смешивание типов колебаний и получающиеся в результате этого смешивания недостатки. Поэтому, настоящее изобретение обеспечивает каркас звуковой катушки для преобразователя движения звуковой катушки, выполненного согласно п.4 формулы изобретения.
Дополнительные преимущественные признаки изобретения формируют предмет зависимых пунктов формулы изобретения.
Предпочтительно, каркас звуковой катушки может иметь моноблочную структуру, изготовленную из единого твердого куска материала, с механическим типом колебаний собственной частоты колебаний за пределами интересуемого частотного диапазона, предпочтительно за пределами слышимого частотного диапазона. Путем обеспечения моноблочного каркаса звуковой катушки механическим типом вибрационных колебаний собственной частоты колебаний за пределами слышимого частотного диапазона взаимодействие видов колебаний между механическими типами колебаний и акустическими типами колебаний исключается, в результате чего происходит обмен механической энергией между механическими типами волн и акустическими типами волн, и это происходит только выше верхнего предела слышимых частот, обычно около 20 кГц, что находится за пределами интересующего частотного диапазона. Даже если происходит обмен некоторым количеством механической энергии, то эта энергия не транспортируется на наружную поверхность каркаса звуковой катушки.
Упомянутая моноблочная структура каркаса звуковой катушки может содержать материал с закрытыми порами, такой как углеродистое пенистое соединение, или соединение полистирола, что приводит к получению твердой и в то же время легкой подвижной части.
Моноблочная структура каркаса звуковой катушки может содержать материал с открытыми порами, такой как эластомерная пленка.
Моноблочная структура опоры звуковой катушки может содержать материал, который проницаем магнитным полем, и он, предпочтительно, является электрическим изолятором.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере первая поверхность и вторая поверхность, и, предпочтительно, первая поверхность, вторая поверхность и наружная поверхность покрыты, по меньшей мере частично, водонепроницаемым материалом, который может содержать смолу или лак, например акриловый или целлюлозный лак.
Преимущественно, наружная поверхность каркаса звуковой катушки может быть покрыта материалом, стойким к намоканию от контакта с феррожидкостным уплотнением, таким как неметаллический материал для уменьшения эффекта вихревых токов.
Было бы предпочтительно, чтобы на наружной поверхности каркаса звуковой катушки, по её окружности, были выполнены кромки, приспособленные для размещения обмоток катушки.
Преимущественно, вторая поверхность может быть выбрана среди плоской, вогнутой или выпуклой поверхностей.
Было бы предпочтительно, если бы каркас звуковой катушки был бы выполнен в форме тела вращения.
Было бы предпочтительно, чтобы форма каркаса звуковой катушки была выбрана из:
цилиндрическая форма,
- форма двух круглых конических усеченных частей, соединенных одна с другой своими меньшими основаниями, или
- форма двух круглых конических усеченных частей, соединенных каждая своим меньшим основанием с цилиндрической частью, или
- форма параболоида вращения.
Изобретение также относится к способу производства каркаса звуковой катушки, выполненной согласно изобретению, при этом упомянутый способ предусматривает этапы:
- подача жидкости или порошка из желаемого материала в пресс-форму для литья под давлением желаемой формы,
- отверждение материала для формирования упомянутого каркаса звуковой катушки,
- удаление полученного каркаса звуковой катушки из пресс-формы для литья под давлением.
Дополнительные преимущества способа производства каркаса звуковой катушки, выполненной согласно изобретению, формируют предмет зависимых пунктов формулы изобретения:
- способ может включать этап нарезания кромок на наружной поверхности каркаса звуковой катушки;
- способ может включать этап помещения каркаса катушки в пресс-форму перед заполнением пресс-формы материалом и удержание каркаса катушки в требуемом положении до отверждения материала.
Изобретение также относится к преобразователю движения звуковой катушки, содержащему, по меньшей мере, один магнитный элемент, установленный, при использовании, с возможностью обеспечения прохода силовых линий магнитного поля между концами по меньшей мере одного каркаса катушки, при этом, согласно изобретению, обмотки катушки намотаны вокруг совершающего возвратно-поступательное движение каркаса катушки.
Изобретение также относится к громкоговорителю, включающему преобразователь движения звуковой катушки, выполненный согласно настоящему изобретению и зафиксированный в верхней части корпуса, обеспечивающего средства обратного хода.
Громкоговоритель может содержать установленный в корпусе провод для приостановки, присоединенный одним своим концом к первой поверхности каркаса звуковой катушки, а другим своим концом к корпусу, при этом провод проходит, предпочтительно, вдоль оси Z смещения.
Представленное изобретение далее будет описано посредством примера и со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематическое представление поперечного сечения узла преобразователя движения звуковой катушки, включающего моноблочный каркас звуковой катушки и выполненного согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 - схематическое представление поперечного сечения узла преобразователя движения звуковой катушки, включающего моноблочный каркас звуковой катушки и выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения;
Фиг. 3 - схематическое представление поперечного сечения узла преобразователя движения звуковой катушки, включающего моноблочный каркас звуковой катушки и выполненного согласно третьему варианту осуществления изобретения;
-
Фиг. 4 схематическое представление поперечного сечения узла преобразователя движения звуковой катушки, включающего моноблочный каркас звуковой катушки и выполненного согласно четвертому варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 5А и Фиг. 5В представляют, соответственно, общий вид каркасов звуковой катушки, имеющих вогнутые и выпуклые эмиссионные поверхности.
Со ссылками на чертежи, и в настоящий момент, в частности, на Фиг. 1, иллюстрируется поперечное сечение, проходящее по громкоговорителю 10.
Этот громкоговоритель 10 по существу содержит корпус 11, сверху которого располагается преобразователь движения звуковой катушки 20, который содержит каркас 21, т.е. подвижную часть, приспособленную перемещаться вдоль оси смещения Z. Эмиссионная поверхность 22 располагается вверху каркаса 21 звуковой катушки, противоположно расположенной внизу поверхности 26 каркаса 21 звуковой катушки, частично закрывающей вершину корпуса 11. Эмиссионная поверхность 22 приспособлена передать возбуждение, произведенное преобразователем движения звуковой катушки 20 в эфир.
Верхняя 22Н и нижняя 22L обмотки звуковые катушки намотаны вокруг боковой поверхности 27 каркаса 21 звуковой катушки, и по меньшей мере один магнитный элемент 23 расположен при использовании таким образом, что обеспечивает результирующее магнитное поле вокруг расположения верхней 22Н и нижней 22L обмоток звуковой катушки. Как это показано на чертеже, магнитный элемент 23 окружает каркас 21 звуковой катушки на расстоянии.
На Фиг. 1 верхняя 22Н и нижняя 22L обмотки звуковой катушки помещаются в кромки 24, сделанные в боковой поверхности 27 по окружности каркаса 21 звуковой катушки.
Путем управления циркуляцией тока в верхней 22Н и нижней 22L обмотках звуковой катушки каркас 21 звуковой катушки может быть перемещен вдоль оси смещения Z.
Каркас 21 звуковой катушки направляется вдоль оси смещения Z посредством феррожидкостных уплотнений 25, действующих как направляющие элементы. Один из вариантов выполнения феррожидкостных уплотнений раскрыт в патентном документе FR 28 92887, включаемом в качестве ссылки в полном объеме.
Как показано на Фиг. 1, феррожидкостное уплотнение 25 помещается между подвижной частью 21 и магнитным элементом 23. Феррожидкостное уплотнение 25 помещается вокруг точки, где градиент магнитного потока имеет максимальное значение, т.е. посредине от верхней 22Н до нижней 22L обмоток звуковой катушки.
Использование феррожидкостного уплотнения 25 может помочь избежать нелинейности при перемещении подвижной части 21 в преобразователе движения звуковой катушки 20 по сравнению с известными элементами приостановки, которые обычно
изготавливаются из эластомера.
Кроме этого феррожидкостные уплотнения 25 действуют как тепловые мосты, позволяя теплу, выработанному циркуляцией тока в обмотке, протекать через и рассеиваться в магнитном элементе 23 и корпусе 11.
Если феррожидкостные уплотнения 25 позволяют каркасу 21 звуковой катушки перемещаться вдоль оси смещения Z, то средства обратного хода обеспечивают каркасу 21 звуковой катушки способность обратного хода вдоль оси Z.
Эти средства используют изменение объема в корпусе 11, когда каркас 21 звуковой катушки перемещается вдоль ось смещения Z. Объем, определенный в корпусе 11, ограничен сверху преобразователем движения звуковой катушки 20, и по меньшей мере частично нижней поверхностью 26 каркаса 21 звуковой катушки.
Отверстие 12 выполнено в корпусе 11, обеспечивая небольшую утечку, размер отверстия выбран таким образом, чтобы обеспечить очень длинную временную константу по сравнению с частотами, в которых работает преобразователь движения звуковой катушки 20. Это отверстие 12 позволяет компенсировать давление в корпусе 11 для квазистатического или длительного по времени перемещения каркаса 21 звуковой катушки и компенсировать изменения барометрического давления.
Например, диаметр отверстия 12 выбирается в диапазоне от 0.1 до 1 мм для объема в корпусе 11, равного около 10 кубических сантилитров.
Когда каркас 21 звуковой катушки перемещается вверх, то давление в корпусе 11 уменьшается, создается разрежение, в результате чего генерируется сила обратного хода, задерживая каркас 21 звуковой катушки у нижней поверхности 26. Небольшое количество воздуха всасывается в корпус 11 через отверстие 12, чтобы медленно увеличить давление в корпусе 11.
Когда каркас 21 звуковой катушки перемещается вниз, то давление в корпусе 11 увеличивается, при этом некоторое количество воздуха медленно удаляется из корпуса 11 через отверстие 12.
В обычном диапазоне рабочих частот количество воздушного обмена незначительно.
Таким образом, каркас 21 звуковой катушки возвращается к нижней поверхности 26 посредством эффекта всасывания. Такое средство обратного хода имеет преимущество, заключающееся в том, что не вводит нелинейность в преобразователь движения звуковой катушки 20 в отличие от средств приостановки посредством эластомера.
Провод 13 для приостановки может быть присоединен одним концом к нижней поверхности 26 каркаса 21 звуковой катушки и другим концом к корпусу 11, и предпочтительно он может проходить вдоль оси смещения Z. Этот провод 13 для приостановки приспособлен к тому, чтобы предотвратить выдавливание каркаса 21 звуковой катушки из верней части преобразователя движения звуковой катушки 20 в случае отказа средств обратного хода, например в случае сильного удара вдоль оси смещения Z.
Поэтому длина провода 13 для приостановки выбирается таким образом, чтобы провод 13 для приостановки задействовался только тогда, когда средства обратного хода неактивны или вне их рабочего диапазона.
Предпочтительно, чтобы каркас 21 звуковой катушки имел бы моноблочную структуру, предпочтительно выполненную в форме тела вращения. Моноблочная структура выполняется из одного твердого куска материала, то есть каркас 21 звуковой катушки делается из массивного материала без полых частей, и предпочтительно изготавливается прессованием. Эта моноблочная структура приспособлена к тому, чтобы получить собственную частоту вибрационных колебаний за пределами слышимого частотного диапазона, который ограничивается от 20 Гц до 20 КГц. Поэтому волновая связь между механическими типами волн и акустическими типами волн предотвращена в интересующем частотном диапазоне, диапазоне слышимых частот для громкоговорителя. Твердая моноблочная структура каркаса 21 звуковой катушки позволяет механическим типам колебания происходить за пределами верхней частоты интересующего частотного диапазона, или например, в громкоговорителях - вне верхнего предела слышимых звуков.
Эта моноблочная структура позволяет предотвратить связь между механическими типами колебаний и акустическими типами колебаний во время возбуждения преобразователя движения звуковой катушки
10 в интересующем частотном диапазоне. Таким образом, звук, произведенный громкоговорителем 10, становится более четким и более высокого качества, при этом нарастающие и импульсные срезы акустического сигнала становятся более острыми.
Моноблочная структура также предотвращает передачу акустических волн по меньшей мере между нижней поверхностью 26 и эмиссионной поверхностью 22. Поэтому каркас 21 звуковой катушки содержит материал, который, предпочтительно, проявляет квазибесконечное или бесконечное удельное сопротивление потока воздуха.
Поэтому такой материал приспособлен предотвратить передачу потока воздуха между, по меньшей мере, нижней поверхностью 26 и эмиссионной поверхностью 22, или говоря более обобщенно, передачу текучей среды между, по меньшей мере, нижней поверхностью 26 и эмиссионной поверхностью 22. Предпочтительно, материал предотвращает передачу текучей среды между любыми из поверхностей 22, 26, 27 на любую другую одну поверхность 22, 26, 27 каркаса 21 звуковой катушки.
Поэтому минимальное абсолютное значение удельного сопротивления потоку воздуха у материала такое, что уменьшает скорость потока воздуха в пределах каркаса 21 звуковой катушки с коэффициентом, находящемся в диапазоне 2-4.
Для улучшения выхода и эффективности преобразователя движения звуковой катушки 20, каркас звуковой катушки разработан таким образом, чтобы быть как можно легче, при этом достаточно твердым, чтобы предотвратить модовую взаимосвязь в ширине полосы частот слышимых звуков. По этим причинам заявитель заметил, что материалы с закрытыми порами или материалы с открытыми порами с, предпочтительно, соответствующим водонепроницаемым покрытием на наружной поверхности 27 каркаса 21 звуковой катушки являются самыми подходящими материалами для изготовления каркаса 21 звуковой катушки.
Наружная поверхность 27 каркаса 21 звуковой катушки покрывается, предпочтительно, материалом, приспособленным не намокать под действием феррожидкостных уплотнений 25, что позволяет феррожидкостному уплотнению 25 лучше скользить по наружной поверхности 27, и это необходимо для того, чтобы феррожидкостные уплотнения 25 не исчезли путем поглощения в материал каркаса 21 звуковой катушки.
В качестве примера, подходяще материалы для наружной поверхности 27 включают неметаллические материалы, акриловый или целлюлозный лаки. Эти покрытия могут распыляться на каркас 21 звуковой катушки и помочь предотвратить формирование токов Фуко вокруг каркаса 21 звуковой катушки. Эти покрытия могут быть нанесены на наружную поверхность 27, например, химическим способом осаждения из паровой фазы.
Материал с закрытыми порами также препятствует распространению акустических волн от нижней поверхности 26 к эмиссионной поверхности 22 каркаса 21 звуковой катушки, которые, иначе, нарушили бы акустический сигнал, сгенерированный в громкоговорителе 10.
Этот материал должен быть проницаем магнитным полем, генерированным магнитным элементом 23, которое облучает обмотки 22Н, 22L звуковой катушки, и он, предпочтительно, должен быть электрическим изолятором.
В качестве примера, подходящий материал с закрытыми порами включает пенистые углеродистые соединения, соединения полистирола, и т.п., качестве примера подходящий материал с открытыми порами включает эластомерные муссы или пены.
Когда каркас 21 звуковой катушки производится из материала с открытыми порами, то по меньшей мере первая поверхность 26 и вторая поверхность 22, и, предпочтительно, первая поверхность 26, вторая поверхность 22 и наружная поверхность 27 покрываются материалом, который может содержать смолу или лак, такой как акриловый или целлюлозный лак, для достижения, по меньшей мере, эффекта частичной водонепроницаемости.
Согласно изобретению, каркас 21 звуковой катушки может быть получен несколькими путями.
В первом варианте каркас 21 звуковой катушки может быть получен посредством обеспечения куска требуемого твердого материала, придания куску твердого материала требуемой формы, и, предпочтительно, покрытия наружной поверхности 27 каркаса звуковой катушки материалом, приспособленным не намокать под действием феррожидкостных уплотнений 25, выбранных среди смол или лаков.
После чего вырезают кромки 24 на наружной поверхности 27 каркаса 21 звуковой катушки, их размеры и расположение выбираются таким образом, чтобы в них можно было разместить обмотки 22Н, 22L звуковой катушки.
Согласно второму варианту, каркас 21 звуковой катушки может быть получен путем обеспечения текучего или порошкообразного материала, заливки или введения материала в пресс-форму требуемой формы, ожидания отвердевания материала, удаления
полученного каркаса звуковой катушки из пресс-формы сразу после того, как материал отвердел.
Было бы предпочтительно, чтобы второй вариант включал бы этап покрытия наружной поверхности 27 каркаса 21 звуковой катушки материалом, приспособленным не намокать под действием феррожидкостных уплотнений 25, выбранных среди смол или лаков.
Кромки 24 могут обеспечиваться тем же способом, как и в первом варианте.
Согласно третьему варианту каркас 21 звуковой катушки может быть получен выдуванием. В этом случае каркас 21 звуковой катушки будет иметь моноблочную структуру, которая будет твердой частью материала, который может иметь внутри полые части, но будет структурой с закрытым объемом. То есть опора 21 звуковой катушки будет иметь верхнюю 22 и нижнюю 26 поверхности.
Кромки 24 могут обеспечиваться тем же способом как в первом, так и во втором вариантах.
Обмотки 22Н, 22L звуковой катушки могут также быть помещены в пресс-форму до введения, предпочтительно инжекцией, материала и сохранять позицию, пока он не отвердеет. Этот способ позволяет сделать каркас 21 звуковой катушки быстро и эффективно и интегрировать обмотки катушки в ходе осуществления процесса прессования.
Согласно первому варианту осуществления изобретения, как описано в комбинации с Фиг. 1, каркас 21 звуковой катушки имеет цилиндрическую форму. Каркас 21 звуковой катушки выполнен с возможностью перемещения вдоль своей оси Z смещения, в то время как феррожидкостные уплотнения 25 скользят по наружной поверхности 27. Сила обратного хода, главным образом, проявляется во взаимодействии между нижней поверхностью 26 и корпусом 11.
Согласно второму варианту осуществления изобретения, показанному на Фиг. 2, каркас 21 звуковой катушки имеет моноблочную структуру в форме двух круглых конических усеченных частей, при этом эти усеченные части присоединены одна к другой своими меньшими основаниями.
Расположение соединения двух усеченных частей проектируется таким образом, чтоб оно попадало бы на середину расстояния от верхней 22Н до нижней 22L обмоток звуковой катушки. Таким образом, в положении покоя каркаса 21 звуковой катушки феррожидкостные уплотнения 2 5 располагаются в месте соединения двух усеченных частей. Откосы, спроектированные на наружной поверхности 27, обеспечивают дополнительную силу обратного хода, имеющую тенденцию возвращать каркас 21 звуковой катушки в его положение покоя, когда каркас 21 звуковой катушки перемещается вверх или вниз.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения, показанному на Фиг. 3, каркас 21 звуковой катушки имеет моноблочную структуру в форме двух круглых конических усеченных частей, соединяемых своими меньшими основаниями к цилиндрической части. Цилиндрическая часть располагается в середине расстояния от верхней обмотки 22Н до нижней обмотки 22L звуковой катушки. Таким образом, в положении покоя каркаса 21 звуковой катушки феррожидкостные уплотнения 25 располагается на уровне цилиндрической части. Высота этой цилиндрической части определяет отклонение каркаса 21 звуковой катушки, где на перемещение влияет только обратный ход, сгенерированный корпусом 11. Цилиндрическая часть позволяет иметь более широкое феррожидкостное уплотнение 25, расположенное вдоль цилиндрической части.
Согласно четвертому варианту осуществления изобретения, показанному на Фиг. 4, каркас 21 звуковой катушки имеет моноблочную структуру в форме параболоида вращения. Этот вариант осуществления выгоден в случае применения феррожидкостного уплотнения 25, прикладывающего постепенно увеличивающееся усилие обратного хода, когда каркас 21 звуковой катушки перемещается из своего положения покоя, и особенно приспособлено для регулировки положения каркаса звуковой катушки 21 вдоль своей оси Z смещения.
Каркас 21 звуковой катушки, выполненный согласно изобретению, содержит эмиссионную поверхность 22 по направлению к одному концу каркаса 21 звуковой катушки, проходящему за пределы громкоговорителя 10.
Эта поверхность заменяет диафрагму, которая присутствует в громкоговорителях, известных из уровня техники, это необходимо для предотвращения введения нелинейностей.
В зависимости от характеристики поля эмиссии и предназначения громкоговорителя 10 эмиссионная поверхность 22 может иметь несколько форм, от плоской, как это представлено на Фиг. 1-4, до вогнутой или выпуклой, как это показано на Фиг. 5А и 5В. Таким образом, может быть настроена направленность звука, произведенного громкоговорителем 10.
Фиг. 5А иллюстрирует вогнутую эмиссионную поверхность 22, Фиг. 5В иллюстрирует выпуклую эмиссионную поверхность 22