HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Tauchspulenlautsprecher, und insbesondere einen
Lautsprecher, in welchem zwei Magnete, bei denen gleiche Pole einander zugewandt
sind, und eine Schwingspule in einem von den Magneten erzeugten Abstoßungs-
Magnetfeld angeordnet sind.
Technischer Hintergrund
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Verschiedene Typen von Lautsprechern wurden bisher vorgeschlagen, bei welchen
zwei Magneten mit einander zugewandten Polen angeordnet sind und eine
Schwingspule in dem von den Magneten erzeugten Abstoßungs-Magnetfeld
angeordnet ist (beispielsweise sei auf die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr.
59-148500 und 1-98400 verwiesen). Ein Beispiel derartiger Lautsprecher ist in
Fig. 9 dargestellt. Zwei in Dickenrichtung magnetisierte Magneten M1 und M2
sind angeordnet, bei denen gleiche Pole einander zugewandt sind, und eine
Mittelplatte P ist zwischen den Magneten angeordnet. Ein Band oder dergleichen, das
aus magnetischem Material F besteht, etwa ein amorphes Material, ist um den
Außenumfang einer Schwingspule 1 gewickelt, die aus einer Wicklung aus leitendem
Material C wie etwa Kupfer besteht. Diese Schwingspule 1 ist in einem
vorbestimmten Abstand zu den Magneten M1 und M2 angeordnet.
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Nicht nur eine Spule, sondern auch ein amorphes Metallband wird für die in Fig. 9
dargestellte Schwingspule 1 benötigt. Daher nimmt die Anzahl der Bauteile zu,
Weiter ist ein amorphes Metallband schwierig herzustellen und ist teurer als
weichmagnetische Materialien wie etwa Eisen oder Permalloy. Ein amorphes
Me
tallband weist im allgemeinen ein hohes Elastizitätsmodul auf, so daß es schwierig
ist, dieses einzurollen und es an die Form des Außenumfangs der Schwingspule 1
anzupassen.
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Um die obigen Probleme zu lösen, haben die Erfinder dieser Erfindung einen
Lautsprecher wie etwa den in Fig. 7 dargestellten Lautsprecher vorgeschlagen. In
diesem Lautsprecher sind zwei in Dickenrichtung magnetisierte Magneten M1 und M2
angeordnet, bei denen gleiche Pole einander zugewandt sind und eine Mittelplatte P
zwischen den Magneten angeordnet ist, die scheibenförmig ist und aus Eisen
besteht. Ein aus weichmagnetischem Material F, etwa Eisen, bestehender Außenring,
L ist außerhalb der Mittelplatte P angeordnet, wobei ein vorbestimmter
Magnetspalt G zwischen dem Außenumfang der Mittelplatte P und dem Innenumfang des
Außenrings L angeordnet ist. Eine Schwingspule 1 ist im Magnetspalt G
angeordnet.
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Die Erfinder dieser Erfindung haben auch einen Lautsprecher wie dargestellt in
Fig. 8 vorgeschlagen, bei dem kein Außenring L verwendet wird, jedoch eine
Schwingspule 1 aus einer magnetisches Material enthaltenden Wicklung gefertigt
ist. Beispielsweise kann die Spule einen Kern aus weichmagnetischem Material F,
etwa Eisen, aufweisen, und eine Oberflächenschicht aus leitendem Material C, etwa
Kupfer und Aluminium, das auf die Oberfläche des Kerns durch Plattieren,
Aufdrücken oder Bedampfen aufgebracht ist, oder kann einen Kern aus leitendem
Material C, etwa Kupfer und Aluminium, aufweisen und eine Oberflächenschicht aus
weichmagnetischem Material F, etwa Eisen und Permalloy, das auf die Oberfläche
des Kerns durch Plattieren oder Bedampfen aufgebracht ist.
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Die Verteilung des magnetischen Flusses eines Magnetkreises im magnetischen
Abstoßungsfeld wird zuerst beschrieben. Abstoßende magnetische Flüsse kommen
aus den Magneten M1 und M2, bei denen gleiche Pole (N-Pole) in Richtung der
Mittelplatte P einander zugewandt sind, aus dem Außenumfang der Mittelplatte P
austreten und unmittelbar in die entgegengesetzten Pole (5-Pole) eintreten.
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Auch im Fall des in Fig. 7 dargestellten Lautsprechers, der den Außenring L, den
in Fig. 8 dargestellten Lautsprecher ohne Außenring L sowie die magnetisches
Material F enthaltende Schwingspule 1 aufweist, fließt ein Teil der vom
Außenumfang der Mittelplatte P abgestrahlten Magnetflüsse unmittelbar zu den
entgegengesetzten Polen (S-Pole), und der größte Teil der magnetischen Flüsse fließt durch
den Außenring L oder das magnetische Material F und zu den entgegengesetzten
Polen (S-Polen).
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Daher wird die magnetische Flußverteilung des Magnetkreises wie in Fig. 10
dargestellt. Speziell ist die Größe der Flüsse in der Nähe der Mittelplatte P groß und
nimmt an den Positionen oberhalb und unterhalb des Mittelpunktes der Mittelplatte
P ab. Die Größe der Flüsse wird in der Nähe der Position von 1/3 bis 1/2 der
Breite jedes Magnets Null. Bei den Positionen oberhalb und unterhalb der
Nullpunkte wird die Flußrichtung entgegengesetzt zur Flußrichtung in der Nähe der
Mittelplatte P Die Menge der negativen Flüsse nimmt zu und wird an der
Oberseite und der Unterseite der Magneten M1 und M2 maximal. Bei den Positionen
oberhalb und unterhalb der Maximalpunkte geht die Größe der Flüsse gegen Null.
Mit anderen Worten werden, auch wenn Flüsse, die zum Antreiben der
Schwingspule 1 ausreichen, in der Nähe der Mittellinie von Mittelplatte P an Positionen
oberhalb und unterhalb von Mittelplatte P erzeugt werden, negative Flüsse erzeugt,
die die normale Funktion der Schwingspule 1 verhindern.
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Ein Lautsprecher, der einen Magnetkreis mit einem Abstoßungs-Magnetfeld
verwendet, genügt einer praktischen Verwendung, wenn die Wickelbreite einer
Schwingspule innerhalb eines vorbestimmten Bereiches festgelegt ist. Jedoch ist es
offensichtlich stärker zu bevorzugen, wenn es in einem Magnetkreis keinen
negati
ven Fluß gibt. Es ist in einem herkömmlichen Abstoßungs-Magnetkreis sehr
schwierig, negative Magnetflüsse zu beseitigen.
INHALT DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu
lösen und einen verbesserten Lautsprecher bereitzustellen, der einen Abstoßungs-
Magnetkreis aufweist, welcher in der Lage ist, negative Flüsse zu beseitigen. Um
das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der Erfindung ein Lautsprecher gemäß
Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den
Unteransprüchen beansprucht.
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Mit dem wie obenstehend aufgebauten Lautsprecher werden an den Positionen
oberhalb und unterhalb der Position, die sich bei ungefähr 1/3 bis 1/2 der Dicke
der Magneten befindet, keine negativen magnetischen Flüsse erzeugt, anders als bei
den herkömmlichen Abstoßungs-Magnetkreisen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine gebrochene perspektivische Ansicht, welche den Zusammenbau
eines Magnetkreises darstellt, der in einem Lautsprecher der Erfindung
verwendet wird.
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Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, welcher den Hauptteil des Magnetkreises und
ein magnetisches Flußverteilungsdiagramm zeigt.
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Fig. 3 ist ein Diagramm, welches Magnetkraftlinien zeigt, die durch eine
Magnetfeldanalyse des Magnetkreises erhalten wurden.
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Fig. 4 ist eine gebrochene perspektivische Ansicht, welche einen äußeren
Magneten vom rohrförmigen Typ verwendet.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht und eine Seitenansicht, welche ein weiteres Beispiel
der äußeren Magneten darstellen.
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Fig. 6 ist eine Querschnittansicht und eine vergrößerte Teilansicht eines
Magnetkreises und einer Schwingspule eines Lautsprechers gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 7 ist eine Querschnittansicht eines Lautsprechers mit einem von den
Erfindern dieser Erfindung vorgeschlagenen herkömmlichen Abstoßungs-
Magnetkreis, und eine gebrochene perspektivische Ansicht, welche den
Zusammenbau des Magnetkreises darstellt.
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Fig. 8 ist eine Querschnittansicht und eine vergrößerte Ansicht, welche den
Hauptteil eines Lautsprechers mit einem von den Erfindern dieser
Erfindung vorgeschlagenen herkömmlichen Abstoßungs-Magnetkreis darstellt.
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Fig. 9 ist eine Querschnittansicht und eine vergrößerte Teilansicht, welche den
Hauptteil eines Lautsprechers mit einem herkömmlichen Abstoßungs-
Magnetkreis zeigen.
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Fig. 10 ist eine Querschnittansicht eines von den Erfindern dieser Erfindung
vorgeschlagenen Magnetkreises mit einem herkömmlichen Abstoßungs-
Magnetkreis und ein magnetisches Flußverteilungsdiagramm.
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Fig. 11 ist ein magnetisches Flußverteilungsdiagramm, das durch eine
Magnetfeldanalyse eines von den Erfindern dieser Erfindung vorgeschlagenen
herkömmlichen Abstoßungs-Magnetkreises eines Lautsprechers erhalten
wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen des Lautsprechers gemäß der Erfindung werden nachfolgend
mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 beschrieben. Gleiche Elemente wie in den Fig. 7 bis
9 tragen gleiche Bezugszeichen, und deren Beschreibung entfällt.
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Neodym-Magneten sind zu Ringmagneten M1 und M2 verarbeitet, deren
Außendurchmesser 29 mm, deren Innendurchmesser 12 mm und deren Dicke 9 mm
be
trägt, und sind in Dickenrichtung magnetisiert. Die gleichen Pole der Magneten
M1 und M2, in dieser Ausführungsform N-Pole, sind einander zugewandt, und eine
Mittelplatte P ist zwischen den Magneten angeordnet und an diesen mittels eines
Klebstoffes befestigt, indem die Mittelpunkte der Innendurchmesser M11 und M21
der Magneten und der Innendurchmesser P1 der Mittelplatte P aufeinander
ausgerichtet werden. Die Mittelplatte P weist einen Außendurchmesser von 4 mm, einen
Innendurchmesser von 11,9 mm und eine Dicke von 6 mm auf.
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Ein Neodym-Magnet ist zu einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 29 mm,
einem Außendurchmesser von 34 mm und einer Dicke von 9 mm verarbeitet.
Dieses Rohr ist in radialer Richtung in sechs Außenmagneten M3 zerschnitten, von
denen jeder einen Innenwinkel von 60 Grad, einen Innenradius von 14,5 mm, einen
Außenradius von 17 mm (2,5 mm Wanddicke) und eine Dicke von 9 mm aufweist.
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Jeder Außenmagnet M3 ist in der in Fig. 1 dargestellten Pfeilrichtung magnetisiert,
d. h. vom Kreismittelpunkt des Außenumfangs gesehen in Radialrichtung.
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Die Innenwände der Außenmagneten M3 sind an den Außenwände der Magneten
M1 und M2 durch einen Klebstoff an sechs in Radialrichtung unterteilten
Positionen sicher befestigt. Ein in den Fig. 1 und 2 gezeigter Aluminiumhalter 4 wird
zum Halten der Gegenmagneten M1 und M2, der Mittelplatte P und des
Außenrings L verwendet.
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Eine rohrförmige Mittelführung 41 ist ausgebildet, die sich vom Mittelpunkt des
Bodens 43 des Halters 4 nach oben erstreckt. Eine Stufe 42 ist im unteren Bereich
der Mittelführung 41 für die vertikale Positionierung der Gegenmagneten
ausgebildet. Nachdem ein Acrylklebstoff auf die Stufe 42 aufgebracht wurde, wird der
Innendurchmesserabschnitt 21 des Magneten M2 um die Mittelführung 41 herum
eingepaßt. Die Mittelplatte P und der Magnet M1 sind ebenfalls um die
Mittelführung 41 herum eingepaßt. Da der Außendurchmesser der Mittelführung 41 des
Halters 4 auf 11,88 mm bearbeitet ist, können die Innendurchmesserabschnitte
M11
und M21 der Magneten M1 und M2, und der Innendurchmesserabschnitt P1
der Mittelplatte P mühelos um die Mittelführung 41 herum eingepaßt werden. Der
Außenring L, der aus Eisen besteht und einen Innendurchmesser von 37,5 mm,
einen Außendurchmesser von 41 mm und eine Höhe von 12 mm aufweist, ist auf
eine Stufe 44 aufgepreßt, die auf der Innenwand des Flansches des Halters 4
ausgebildet ist. Auf diese Weise wird, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Magnetkreis mit
einem Magnetspalt G von ungefähr 1,5 mm am Außenumfang der Mittelplatte P
gefertigt.
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Die magnetische Flußverteilung dieses Magnetkreises wurde gemessen. Wie in
Fig. 2 dargestellt, wurde die Größe der magnetischen Flüsse im Magnetspalt G
kleiner als bei dem von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen
herkömmlichen Magnetkreis. Jedoch können die magnetischen Flüsse im
Magnetspalt in einem für eine praktische Verwendung ausreichenden Grad erhöht werden,
indem ein Magnet mit größerem Energieprodukt verwendet wird, oder indem die
Befestigungsposition verändert wird. Die magnetische Flußverteilung dieses
Magnetkreises unterschied sich an Positionen oberhalb und unterhalb des Mittelpunkts
der Mittelplatte P von den von den Erfindern der vorliegenden Erfindung und
anderen Erfindern vorgeschlagenen herkömmlichen Magnetkreisen. Speziell wurde,
wie in Fig. 2 dargestellt, die Größe der magnetischen Flüsse an der Oberseite und
der Unterseite der Außenmagneten M3 Null, und die magnetische Flußdichte
wurde an der Position oberhalb und unterhalb der Oberseite und der Unterseite der
Außenmagneten fast Null, wenn auch die Fließrichtung der magnetischen Flüsse
entgegengesetzt zu der in der Nähe der Mitteplatte P wurde. Die negativen
magnetischen Flüsse nahmen an den oberen und unteren Positionen geringfügig zu und
konvergierten dann gegen Null. Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm der
Magnetkraftlinien wurde durch eine Computer-Magnetfeldanalyse des Magnetkreises
erhalten.
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Wie zuvor beschrieben wird im magnetischen Flußverteilungsdiagramm der
Abstoßungs-Magnetkreise, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung und
anderen Erfindern vorgeschlagen wurden, die Größe der Flüsse in der Nähe der
Positionen von ungefähr 1/3 bis 1/2 der Breite der Gegenmagneten M1 und M2 Null.
An den Positionen oberhalb und unterhalb der Nullpunkte nehmen die negativen
magnetischen Flüsse zu und werden an der Oberseite und der Unterseite der
Magneten M1 und M2 maximal. Im Vergleich zur herkömmlichen magnetischen
Flußverteilung werden im Magnetkreis dieser Ausführungsform, dessen Magnetfeld
wie in Fig. 3 dargestellt analysiert wurde, von den Gegenmagneten M1 und M2,
zum Außenumfang der Mittelplatte P hin ausstrahlende magnetische Flüsse durch,
das von den Außenmagneten M3 erzeugte Magnetfeld nach oben oder unten
bewegt, ohne daß es unmittelbar zu den entgegengesetzten S-Polen fließt. Das heißt,
die Nullpunkte des magnetischen Flusses bewegen sich viel stärker als bei den
Magnetkreisen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung und andere
Erfinder vorgeschlagen wurden, nach oben und nach unten, d. h. die Breite d zwischen
dem Nullpuinkt A des magnetischen Flusses und dem Nullpunkt B des
magnetischen Flusses weitet sich zur Oberseite und zur Unterseite der Außenmagneten M3
hin auf. Demzufolge werden in dieser Breite, anders als bei den durch die Erfinder
der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Magnetkreisen, keine negativen
magnetischen Flüsse erzeugt.
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In dieser Ausführungsform werden die in radialer Richtung verteilten
Außenmagneten M3 verwendet. Für die Außenmagneten kann auch ein Magnet vom
einstückigen rohrförmigen Typ wie dargestellt in Fig. 4 verwendet werden. Die
Außenmagneten M3 können nach Wunsch unterteilt sein, wie etwa die
Außenmagneten, welche, wie in Fig. 5 dargestellt, in radialer Richtung in vier Teile unterteilt
sind. Die Außenmagneten M3 können in gewöhnlicher Weise magnetisiert sein,
das bedeutet durch von der Innenwand zur Außenwand der Magneten M3
verlaufende parallele Magnetkraftlinien magnetisiert sein, und mit den Außenwänden der
Gegenmagneten M1 und M2 verklebt sein, was ähnliche vorteilhafte Effekte liefert.
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In dieser Ausführungsform ist der Außenring L angeordnet, um den Magnetspalt zu
bilden. Anstatt den Außenring L zu verwenden, kann eine Schwingspule 1, die
magnetisches Material F enthält, verwendet werden, was ähnliche vorteilhafte
Effekte liefert. Beispielsweise kann, wie in Fig. 6 dargestellt, eine Schwingspule 1 je
ausgebildet sein, welche einen Kern aus weichmagnetischem Material F, etwa
Eisen, und eine Oberflächenschicht aus leitendem Material C aufweist, etwa
geschmolzenem und auf die Oberfläche des Kerns aufgebrachtem Kupfer, und in der
Nähe der Mittelplatte P und von dieser um einen vorbestimmten Abstand entfernt
angeordnet ist, was ähnliche vorteilhafte Effekte liefert. Alternativ kann eine
Schwingspule verwendet werden, welche einen Kern aus leitendem Material
aufweist, etwa Kupfer und Aluminium, und bei welcher auf die Oberfläche dieses
Kerns eine Oberflächenschicht aus weichmagnetischem Material F, etwa Eisen oder
Permalloy, mittels Plattieren oder Bedampfen aufgebracht ist.
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In der Ausführungsform sind der Magnetkreis und die Schwingspule 1 kreisförmig.
Es können auch andere Formen, etwa ein Ellipsoid und ein Polygon, verwendet
werden.
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Gemäß dem Lautsprecher der Erfindung werden keine negativen magnetischen
Flüsse an den Positionen oberhalb und unterhalb der Position von etwa 1/3 bis 1/2
der Dicke der Magneten erzeugt, anders als bei den von den Erfindern der
vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen herkömmlichen Magnetkreisen. Demzufolge
gibt es keine Einschränkung für die Wicklungsbreite der Schwingspule, die
Amplitude und die Compliance eines Schwingsystems und dergleichen, wodurch der Grad
der Gestaltungsfreiheit beträchtlich erhöht wird. Es ist daher möglich, einen für
spezielle Anwendungen geeigneten Hochleistungs-Lautsprecher mühelos zu
fertigen.