JP2002543726A

JP2002543726A - 可動コイル駆動装置

Info

Publication number: JP2002543726A
Application number: JP2000614774A
Authority: JP
Inventors: グレイアムバンク; マーティンロバーツ
Original assignee: ニュートランスデューサーズリミテッド
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2002-12-17
Also published as: WO2000067523A3; WO2000067523A2; CN1347628A; AU4419000A; EP1174002A2; TW478287B

Abstract

(57)【要約】可動コイル拡声器は、フォーマ（１６）上に少なくとも一対のコイル（１８、２０）を持つ。これらのコイルは、永久磁石システム（２８、３０、３２、３４）の極片（２８、３０）の間を動く。コイルの一（又は複数）組（１８、２０）は反対向きに巻かれ、コイルの結合インダクタンスを減少するため、接近して設置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、可動コイル駆動装置或いはモーターに関し、より詳細には、国際特
許出願ＷＯ９７／０９８４２に開示されているような分布モード・パネル拡声器
のための駆動装置に関わるが、これに限定されるものではない。

【０００２】（背景技術）可動コイル拡声器駆動装置を設計するに当たっては、コイル巻線のインダクタ
ンスが、拡声器の振動板を駆動するのに有用な効力を減少させる。これは、直列
コイル抵抗と直列のインダクタンスが、高い周波数においてインピーダンスを増
加させるためである。

【０００３】ＫＯＹＢＡＳＨＩに付与された１９８８年１１月８日付米国特許４７８３８２
４号は、磁気遮蔽を与えるため加えられる第二の磁石を用いることで、ボイスコ
イル・アセンブリーからの有用な出力を増大させることに関するものである。ギ
ャップ間の距離は、「互いに作用しないように」設定される。この配置は、より
低い周波数での大きなインピーダンス・ピークを減少させるが、提出されている
データからは、より高い周波数（１ｋＨｚ以上）でのより高いインピーダンスが
示唆される。これは、これらの周波数での高いインダクタンスに特徴的なもので
ある。

【０００４】更に以前の従来技術が、１９９８年に開催された拡声器に関するＡＥＳ会議上
、ＤｏｕｇｌａｓＢｕｔｔｏｎ及びＭａｒｋＧａｎｄｅｒによる、「二重コ
イル拡声器」と題した資料において、議論されている。従来技術の多くは、コイ
ルの間隔を約２５ｍｍとした装置に関連するが、これは弱い相互インダクタンス
を与えるもので、そのとき有用な電磁結合は磁極システムを通じて達成される。

【０００５】以前の駆動設計では、磁石システムは飽和状態で作動されてはおらず、そのた
め、たとえ極における渦電流損失により弱められるとしても、ある程度の強磁性
結合が残るものであった。近来の磁石システムは、コイルに対し極がもはやいか
なる重要な結合も与えられないときには、通常、飽和状態で作動される。

【０００６】（発明の開示）拡声器用可動コイル駆動装置の性能を改良することが本発明の目的である。本発明によれば、可動コイル拡声器駆動装置は、ボイスコイル・フォーマ（１６）と、フォーマ（１６）上に互いに軸線方向に間隔をもって配置され、それぞれの対
の一方が他方とは反対方向に巻かれており、結合インダクタンスが空間的に隔て
られているときと比べ少なくとも５％、実施形態においては少なくとも２５％、
更には少なくとも４０％減少するような所定の距離だけ離されている、少なくと
も一対のコイルと、それぞれのコイル（１８、２０）に隣接して配置された、相反する極性を有す
る極片（２８、３０）を持った永久磁石システム（２８、３０、３２、３４）と
、を備える。

【０００７】極片を通じた間接結合ではなく、両コイル間での直接結合が行われて相互誘導
が与えられるように、間隔、すなわちそれぞれのコイルの向かい合う端間の軸方
向ギャップは、充分に小さくてよい。第二のコイルを第一のコイルと反対向きに
巻くことにより、コイルの結合（合計）誘導の幾らかが打ち消されることになる
。こうして、コイルの反フェーズ接続により、システム全体でのインダクタンス
の望ましい減少が達成される。

【０００８】コイルの間隔が、コイルの直径（幅）にほぼ等しいかそれより小さくなるよう
にすることは、利点がある。特に有利なコイル間隔は、２ｍｍより小さいもので
ある。この接近した間隔が、従来技術に比べ、効果的なコイル・インダクタンス
の有用な減少をもたらす。

【０００９】コイルの間隔を接近させることは、一方のコイルが、他方のコイルのための極
片に近づかないようにするために、コイルの軸方向の動きを、コイルの長さに比
べ小さく拘束する必要を生じさせる。もしコイルが他方の極片に近づくと、力は
意図されたのと逆の方になり、きわめて非直線的なレスポンスをもたらすことに
なる。プレートに撓み波を引き起こすための駆動装置がいかなる場合でもこのよ
うにして拘束されていることを、発明者は認識していた。プレートにボイスコイ
ルを接着すれば、コイルは軸方向において固定され、プレートに撓み波を与える
のに必要な動きは、従来のピストン式拡声器に動きを与えるのに必要な動きより
遥かに小さな振幅となる。よって、従来可能であったものより一層小さな間隔で
のコイル分離、従って結合インダクタンスの一層大きな減少は、そのような撓み
波変換器において達成される。

【００１０】もし望むならば、コイルが運動するエアギャップ幅を減少するため、単層のワ
イヤのみを各コイルに巻いてもよい。コイル・フォーマには、各々が磁石または複数の磁石のそれぞれの極片と組み
合わされ、反対向きに配置された一対以上のコイルを備えることができる。極片
の極性は組み合わされるコイルの巻き方向により決定されることが望ましい。磁
石システムは、更に、一つかそれ以上の非磁性スペーサを含んでもよい。

【００１１】磁界の余計なフリンジングを減らすため、極片の直径は磁石自体の直径を超え
ないようにすることができる。磁石システムは、磁性的に飽和した極片を有する
ようにすることもできる。コイル同士の間隔は、各コイルの軸方向長さの二倍を超えず、望ましくは１．
４倍を超えないようにすることができる。

【００１２】（発明を実施するための最良の形態）図１ａにおいて、コイル（１０）にはワイヤ（１１）が１００回巻かれている
。これは以下のパラメータをもっている。すなわち、Ｎ＝１００、長さ３ｍｍ、
内径１２．８ｍｍ、外径１４ｍｍであり、よってウェルズビーの公式（以下参照
）を用いればインダクタンスＬの計算値は０．４３９ｍＨである。インダクタン
スを計算する代替的方法は、有限要素分析法を用いてシステムをモデル化するこ
とである。有限要素モデルからは、インダクタンスとして０．４６０１ｍＨの値
が得られる。

【００１３】各コイルのインダクタンス（Ｌ）はウェルズビーの公式を用いて次のように計
算できる。ここでＮはコイルの巻き数であり、ｌはコイルの長さであり、ｒ₁はコイルの内径でありｒ₂はコイルの外径である。

【００１４】図１ｂでは、図１ａのコイルが、ワイヤ（１１）を５０回巻いた二つのコイル
（１２、１４）に分割されている。結合を避けるため二つのコイルが充分に離さ
れていると仮定すると、システム全体のインダクタンスは、個々のコイルのイン
ダクタンスの合計に等しくなる。すなわちＬ＝２＊０．１１ｍＨ＝０．２２ｍＨ
となる。

【００１５】これらのコイルが４ｍｍ離れて配置されると、何らかの相互結合が予期できる
であろう。有限要素モデルからは、システムのインダクタンスが０．３４９ｍＨ
になることが予想される。例えばここで、コイルの巻き方向を逆にすることによ
り電流が第二のコイルの中で逆向きに流れるとすると、第二のコイルのインダク
タンスは第一のコイルのインダクタンスに対し大幅に反作用を与える。モデルか
らは、システムのインダクタンス値が０．１２０２ｍＨとなることが予想され、
これは分割されないコイルのインダクタンスの約四分の一である。

【００１６】コイルのインダクタンス値は、高い周波数において重要となる。例えば１０ｋ
Ｈｚにおいて、有限要素モデル及び前記の例のパラメータを用いると、単一のコ
イル、及び、結合を伴う二つの半コイルのインダクタンス値は、０．６９４ｍＨ
及び０．５７３ｍＨである。二つの半コイルの片方で電流が逆に流れる場合には
、システム全体のインダクタンスは０．１５９ｍＨである。やはりここでもシス
テムのインダクタンスは約四分の一に減少される。

【００１７】例えば、図２及び図４のように、コイルが電磁力アクチュエータとして機能す
るときには、鉄部品をシステムに加えてもよい。鉄部品の存在はインダクタンス
値が上昇する原因となりうるであろうが、減少の割合は鉄部品のないシステムと
近い割合になることが予期できる。

【００１８】図２は、ボイスコイル・フォーマ（１６）、及び、片方のコイル（２０）がも
う一方（１８）とは反対方向に巻かれ、フォーマ（１６）上に相互同軸になるよ
うに設置された二つのコイル（１８、２０）、及び永久磁石アセンブリー（２２
）を含む、可動コイル拡声器駆動装置を示している。（・）及び（ｘ）の記号は
、それぞれのコイルにおいて、コイルの軸の周りを流れる電流の異なる向きを示
している。これらのコイルは、図１ｂに示すとおり、端子（１５）の間で直列に
接続され、コイルを流れる電流がコイルの周りを反対向きの方向に流れるように
なっている。共振撓み波モードを支えられるように、フォーマはパネル（３８）
に接着されている。

【００１９】コイル（１８）及び（２０）は反対の向きに巻かれているので、可動コイル・
アセンブリーの各部位に作用する磁界は逆向きにならねばならない。これは、一
方のエアギャップ（２４）が、厚み全体にわたって磁性化された円盤磁石（３２
）の上部プレート又は極片を経由してＮ面から、第二のエアギャップ（２６）が
下部プレート又は極片を経由してＳ面から、という二つの放射状エアギャップ（
２４、２６）を駆動する単一の磁石（２２）を用いることによって達成される。
二つの放射状エアギャップは、同じ外側スリーブ（３４）を共有しており、これ
によって磁気回路が完成される。磁束の線は太い矢印で示されている。非磁性体
の外側ケーシング（３６）が、磁石アセンブリー（２２）及びその極片（２８、
３０）と同心状の外側スリーブを保持する。

【００２０】プレートに対し共振撓み波を駆動するボイスコイルは振れ幅が大きくなく、つ
まり振動する際の振動の振幅が大きくないので、コイルはわずかな軸方向の間隔
で配置できる。そのように接近して設置することは、従来のピストン式拡声器振
動板を駆動するよう意図された従来の技術によるコイルでは、不可能であった。
従来のコイルの場合には、コイルの大きな動きのもとでも、対の一方のコイルを
駆動するべく意図された極片の作用域に対の他方のコイルが入り込むことができ
ないようにするために、大きな間隔が必要であった。よって、インダクタンスの
大巾な減少は、この技術を用いては得られなかった。

【００２１】二つのエアギャップ（２４、２６）は連続しているが、単層のコイルワイヤ（
１５）のみを用いることが可能であるため、各々は用いられるコイル−ワイヤの
太さまで減少させることができる。勿論、磁界の強さが充分ならば、それより多
くの層を用いてもよい。

【００２２】磁石、プレート及びスリーブ材料は、可動コイル拡声器のための磁石システム
にごく普通に見られるものである。当業者は磁石が最適に働くための正しい寸法
及び間隔を決定することができるであろう。しかし、ここで示されているトポロ
ジーはコイルの全インダクタンスについて低い値をもたらすものである。コイル（１８、２０）の間隔が比較的接近していることが、図から見て取れる
であろう。例えば、２ｍｍかそれより小さい間隔に接近して設置されたコイル（
１８、２０）によって、駆動装置全体の高さが大体６ｍｍほどのシステムに、本
発明を実施した駆動装置が構成されるであろうことが見通せる。

【００２３】図２には一つの磁石と二つのコイルが示されてはいるが、本発明は、多数のコ
イル及び磁石にまで拡張することができる。図３の実施例は、ボイスコイル・フ
ォーマ（３８）及び、フォーマ（３８）上に互いに軸線方向に間隔をもって配置
された二対（４０、４２）のコイル（４０ａ、４０ｂ）（４２ａ、４２ｂ）、及
び、永久磁石アセンブリー（４４）を含む、可動コイル拡声器駆動装置を示して
いる。コイルの最初の一対（４０）は、もう一方（４０ａ）とは反対の向きに巻
かれた一つのコイル（４０ｂ）を含む。同様に、コイルの第二の対（４２）は、
もう一方（４２ａ）とは反対の向きに巻かれた一つのコイル（４２ｂ）を含む。
コイル（４０ａ）及び（４２ａ）は同じ向きに巻かれている。（・）及び（ｘ）
の記号は、それぞれのコイルにおいて、コイルの軸の周りを流れる電流の異なる
向きを示している。

【００２４】コイル（４０ｂ）はコイル（４０ａ）と反対の向きに巻かれ、コイル（４２ｂ
）はコイル（４２ａ）と反対の向きに巻かれているので、可動コイル・アセンブ
リーの各部位に作用する磁界は逆向きになる。これは、完全な磁石アセンブリー
（４４）を形成する三つの磁石（４６、４８、５０）及び四つの極片又はプレー
ト（５２、５４、５６、５８）を用いることによって達成される。磁石アセンブ
リーは、極片及び磁石の交互になった層を含む。極片（５４）は二つの磁石（４
６、４８）と接触しており、磁石は、両方ともＳ極が極片に隣接するように配置
されている。同様に、極片（５６）は二つの磁石（４６、４８）のＮ極に隣接し
ている。

【００２５】磁石アセンブリーは、四つのエアギャップ（６０、６２、６４、６６）を駆動
する。第一のエアギャップ（６０）は、磁石（４６）のＮ面により、極片（５２
）を経由して駆動され、第二のエアギャップ（６２）は、二つの磁石（４６、４
８）のＳ面により、極片（５４）を経由して駆動され、第三のそれは二つの磁石
（４８、５０）のＮ面により、極片（５６）を経由して、そして第四のそれは、
磁石（５０）のＳ面により、極片（５８）を経由して駆動される。放射状のエア
ギャップは、同じ外側スリーブ（６８）を共有しており、これによって磁気回路
が完成される。磁束の線は太い矢印で示されている。非磁性体の外側ケーシング
（７０）が、磁石及びその極片と同心状の外側スリーブを保持する。

【００２６】図４は、非磁性体スペーサ（７６）によって隔てられた、ただ二つの磁石（７
２、７４）を含む、図３のアセンブリーの変型の一例を示している。このアセン
ブリーは、ボイスコイル・フォーマ（７８）、及び、フォーマ（７８）上に互い
に軸線方向に間隔をもって配置された二対（８０、８２）のコイル（８０ａ、８
０ｂ）（８２ａ、８２ｂ）、及び、永久磁石アセンブリー（８４）を含む。コイ
ルの最初の一対（８０）は、もう一方（８０ａ）とは反対の向きに巻かれた一つ
のコイル（８０ｂ）を含む。同様に、コイルの第二の対（８２）は、もう一方（
８２ａ）とは反対の向きに巻かれた一つのコイル（８２ｂ）を含む。コイル（８
０ａ）及び（８２ｂ）は同じ向きに巻かれている。（・）及び（ｘ）の記号は、
それぞれのコイルにおいて、コイルの軸の周りを流れる電流の異なる向きを示し
ている。

【００２７】この磁石アセンブリーは、四つのエアギャップ（８６、８８、９０、９２）を
駆動する。第一のエアギャップ（８６）は、磁石（７２）のＮ面により、極片（
９４）を経由して駆動され、第二のエアギャップ（８８）は、磁石（７２）のＳ
面により、極片（９６）を経由して駆動され、第三のそれは磁石（７４）のＮ面
により、極片（９８）を経由して、そして第四のそれは、磁石（７４）のＳ面に
より、極片（１００）を経由して駆動される。放射状のエアギャップは、同じ外
側スリーブ（１０２）を共有しており、これによって磁気回路が完成される。磁
束の線は太い矢印で示されている。非磁性体の外側ケーシング（１０４）が、磁
石と同心状の外側スリーブ、非磁性体のスペーサ、及び極片を保持する。

【００２８】コイルを直列に配置する代わりに、個々のコイルに別々の端子（１５）を持た
せて配置し、共通的にコイルが駆動されるようにコイルを接続して、一対のコイ
ルの軸の周りを向かい合う方向に流される電流と同じ結果を出せるようにするこ
とも可能である。これは、例えばコイルを並列に接続することによって達成され
よう。

【００２９】このように、本発明は、拡声器用の可動コイル駆動装置の性能を改良するため
の単純な方法と手段を提供する。拡声器は通常、従来の物すなわちピストン式で
あってもよい。或いは、例えば、同時係属出願中の国際出願ＷＯ９７／０９８４
２号に説明されている種類の、共振パネル式であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】Ｎ回巻きのコイルを示す。

【図１ｂ】Ｎ／２回巻きの二つのコイルに分割された図１ａのコイルを示す。

【図２】本発明に記載の可動コイル駆動装置の第一の実施形態における部分的な断面図
である。

【図３】本発明に記載の可動コイル駆動装置の第二の実施形態における部分的な断面図
である。

【図４】本発明に記載の可動コイル駆動装置の第三の実施形態における部分的な断面図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ロバーツマーティンイギリスサフォークアイピー33 ２キュージェイバリーセントエドマンズホームファームレーン 17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動コイル拡声器駆動装置であって、ボイスコイル・フォーマ（１６）と、前記フォーマ（１６）上に互いに軸線方向に間隔をもって配置され、それぞれ
の対の一方が他方とは反対方向に巻かれており、結合インダクタンスが空間的に
隔てられているときと比べ少なくとも５％減少するような所定の距離だけ離され
ている、少なくとも一対のコイル（１８，２０）と、それぞれのコイル（１８、２０）に隣接して配置され、相反する極性を有する
極片（２８、３０）を持った永久磁石システム（２８、３０、３２、３４）と、
を備えている、可動コイル拡声器駆動装置。
【請求項２】その或いはそれぞれの対のコイルが、これらのコイルの結合
インダクタンスが空間的に隔てられているときと比べ少なくとも２５％減少する
よう充分に接近して配置されている、請求項１に記載の可動コイル拡声器駆動装
置。
【請求項３】コイル（１８、２０）が直列に接続されており、これらの直
列に接続されたコイルを流れる電流が、その或いはそれぞれの対のコイルの中に
相反する磁界を作り出すような、請求項１または請求項２に記載の可動コイル拡
声器駆動装置。
【請求項４】単層のワイヤ（１１）がそれぞれのコイル（１８、２０）に
巻かれている、前記各請求項のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項５】一対以上（４０、４２、８０、８２）の、相対して配置され
たコイル（４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ
）がコイル・フォーマ上に設けられ、それぞれのコイルが複数の永久磁石を備え
た磁石システムの各々の極片（５２、５４、５６、５８）と組み合わされている
、前記各請求項のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項６】各対（１８、２０、４０、４２、８０、８２）のそれぞれの
コイル（１８、２０、４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、８０ａ、８０ｂ、８２
ａ、８２ｂ）の間隔が、その直径にほぼ等しいかそれより小さい、前記各請求項
のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項７】コイルの間隔が５ｍｍ以下である、請求項６に記載の駆動装
置。
【請求項８】コイルの間隔が、それぞれのコイルの軸方向の長さの二倍よ
り小さい、前記各請求項のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項９】極片が円形であり、極片の直径より小さくない直径を持つ少
なくとも一つの永久磁石を挟んでいる、前記各請求項のいずれかに記載の駆動装
置。
【請求項１０】撓み波を支持することの可能なパネルと、音響出力を作り出すようにパネルに撓み波を引き起こすための前記各請求項の
いずれかに記載の可動コイル拡声器駆動装置と、を含む拡声器。