JP3991897B2

JP3991897B2 - 電磁結合式動電型スピーカ

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Publication number: JP3991897B2
Application number: JP2003081140A
Authority: JP
Inventors: 正夫野呂
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004289649A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁結合式動電型スピーカの能率改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、動電型スピーカを改良したスピーカの一種に、電磁結合式動電型スピーカがある（例えば、非特許文献１参照。）。図４は、従来の電磁結合式動電型スピーカの概略構造を示した断面図である。電磁結合式動電型スピーカ１０１は、中央部にセンタポール１０２ａを備えた円盤型で断面が凸形状のヨーク１０２に、中空円筒型のマグネット１０３の一方の磁極を当接させ、このマグネット１０３の他方の磁極に中空円盤形で金属製のプレート１０４を当接させた構造である。また、センタポール１０２ａの先端部近傍における周囲に、１次コイル（固定励磁コイル）１０５が設けられている。プレート１０４の内周側の面１０４ａは、１次コイル１０５に対向して配置されており、また、プレート１０４と１次コイル１０５との間のギャップ（空隙）ＧＰには、ボイスコイル（２次コイル）１０６が配置されている。ボイスコイル１０６は、その始端と終端とが短絡されており、振動板（コーン紙）１０７に接続され、また、図外のダンパで支持されてセンタポール１０２ａに沿って振動自在である。
【０００３】
この電磁結合式動電型スピーカ１０１は、音声信号などの入力信号に応じた交流電流を１次コイル１０５に流すと、ボイスコイル１０６に２次電流（交流電流）が誘起され、交流磁界（信号磁束）１１１が発生する。また、この交流磁界とマグネット１０３による直流磁界（バイアス磁束）１１２との相互作用により、ボイスコイル１０６に２次電流に応じた駆動力（電磁力）が生じる。この駆動力によって、ボイスコイル１０６が固定された振動板１０７が振動して音波が発生する。
【０００４】
電磁結合式動電型スピーカは、従来の動電型スピーカのように錦糸線（引き出し線）を設ける必要が無いため、この錦糸線の断線や共振による異音が発生しない。また、電磁結合式動電型スピーカの２次コイルを１ターンのショートコイルで構成した場合、コイル部に燃えるものがないので、熱などによる破壊要因が大幅に減り、耐入力特性が大幅に向上する。
【０００５】
【非特許文献１】
稲永潔文、外２名，「電磁結合式動電型スピーカーについて」，ＪＡＳＪｏｕｒｎａｌ，社団法人日本オーディオ協会，’８９・２月号，ｐ．５−８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁結合式動電型スピーカには、以下のような問題があった。
【０００７】
１．１次コイルから２次コイルへの結合損失が発生するため、出力音圧レベルが小さくなる。
【０００８】
２．１次コイルから２次コイルへの結合損失を小さくするために、１次コイルを金属製のプレートに対向する位置に設けて、１次コイルとこのプレートとの間にのエアギャップに２次コイルを設置しなければならない。また、信号磁束ループにエアギャップが含まれ、このエアギャップの長さを大きくするとスピーカの感度が低下するので、１次コイル及び２次コイルの巻数を多くすることができない。そのため、１次コイル及び２次コイルのインダクタンスを大きくすることができず、特に１ｋＨｚ以下の低域で電磁結合力が小さくなり、低域の音声を再生することができない。
【０００９】
３．図４に示すように、ボイスコイル１０６に発生する信号磁束１１１がマグネット１０３を通過するため、信号にひずみが発生しやすくなる。
【００１０】
４．２次コイル１０６に発生する信号磁束１１１がマグネット１０３を通過するため、マグネット１０３の減磁が発生しやすくなる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するために、音声を低音域まで再生でき、信号の歪みやマグネットの減磁がほとんど発生しない能率の高い電磁結合式動電型スピーカを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１３】
（１）バイアス磁束を発生させるマグネットと、音声信号電流が入力される１次コイルと、この１次コイルと電磁的に結合され、前記バイアス磁束による磁界内で振動自在に支持される２次コイルと、前記マグネット及び前記１次コイルが固定された磁性部材と、を備えた電磁結合式動電型スピーカにおいて、
前記磁性部材は、エアギャップを介さずに、前記マグネット、前記１次コイル、及び前記２次コイルの周囲を囲む構造で、その対向する２面を接続するセンタポールを備えた中空の円柱形状であり、前記マグネット、前記１次コイル、及び前記２次コイルは、前記磁性部材の内側であって、前記センタポールの周囲に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
この構成においては、磁性部材がエアギャップの無い閉磁路を形成し、１次コイルによって形成された交流信号磁束がこの閉磁路を通過して、２次コイルに相互誘導電流を生じさせる。そのため、交流信号磁束がマグネットを通過することがないので、信号の歪みがほとんど発生することがなく、またマグネットの減磁を発生しにくくすることができる。また、従来のように１次コイルを２次コイルと対向する位置に設置しなくても、２次コイルに効率良く誘導電流を発生させることができるので、１次コイルの巻数を従来よりも増加させることができる。これにより、コイルの自己インダクタンスを大きくすることができ、低音域においても信号が低下することがないので、高音域から低音域まで使用することができるスピーカを提供することが可能となる。また、これにより、１次コイルの巻線として従来よりも太い導線を使用することができるので大電流を流すことができるようになり、低音域用のスピーカを提供することが可能となる。また、マグネット、１次コイル、及び２次コイルは、箱体とセンタポールとによって囲まれているので、１次コイルと２次コイルとの電磁的結合に関与する交流信号磁束を、エアギャップを介さずに磁性部材内を通過する閉磁界ループを形成することができる。したがって、磁束の漏れがほとんど発生しないので、能率の高いスピーカを提供することができる。
【００１７】
（２）前記磁性部材は、前記センタポールに接続された一方の面が開口し、側面と前記センタポールとが複数のアーチによって接続されたことを特徴とする。
【００１８】
この構成においては、音波を発生させる振動板を磁性部材の内部に設けても、音波を外部に伝えることができる。
【００１９】
（３）前記磁性部材は、前記センタポールに接続された一方の面における前記センタポールの周囲に複数の貫通孔を有し、前記２次コイルは、この貫通孔を介して音波を発生させる振動板に接続されたことを特徴とする。
【００２０】
２次コイルは、磁性部材によって周囲を囲まれているが、貫通口を介して振動板に接続されているので、１次コイルに入力された音声信号に応じた電磁力を振動板に伝達して音波を発生させることができる。
【００２１】
（４）前記２次コイルは、音波を発生させる振動板を兼ねた１ターンコイルであることを特徴とする。
【００２２】
この構成においては、２次コイルは振動板を兼ねているので、スピーカの部品点数を削減することができ、製造コスト低減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカの概略構成図であり、（Ａ）は電磁結合式動電型スピーカの構造を示した断面図、（Ｂ）は振動伝達体の斜視図、（Ｃ）はこのスピーカのヨークの外側の上面図である。なお、電磁結合式動電型スピーカは、任意の向きに取り付けることができるが、以下の説明では図１に示した位置関係に基づいて各部を説明する。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、電磁結合式動電型スピーカ１（以下、スピーカ１と称する。）は、ヨーク２、マグネット３、プレート４、１次コイル（固定励磁コイル）５、２次コイルであるボイスコイル６、振動板であるコーン紙７、振動伝達体８、フレーム９、ガスケット１０、ダンパ１１、及びダストキャップ１２を備えている。
【００２５】
ヨーク２は、円柱型で中空の磁性部材（磁性体）である。ヨーク２は、上壁２ｆ、側壁２ｇ、及び下壁２ｈから成るケーシング内のほぼ中央に、上壁２ｆと下壁２ｈとを接続する円柱形状のセンタポール２ａが形成されている。また、ヨーク２は、外側の上面（以下、外上面と称する。）２ｅを直径の位置でセンタポール２ａに沿って切断すると、断面が日の字形状になる。
【００２６】
ヨーク２の内部には、マグネット３、プレート４、１次コイル５、ボイスコイル６がセンタポール２ａの周囲に配置されている。マグネット３は、中空円筒型の永久磁石であり、ヨーク２の内部の下面（以下、内下面と称する。）２ｂに一方の磁極面（図ではＳ極）が当接しており、センタポール２ａと側壁２ｇと所定の間隔を空けて配置されている。なお、マグネット３は、図１（Ａ）において実線で示した位置に代えて、点線で示したように、ヨーク２の内部の上面２ｃに一方の磁極面（図ではＳ極）が当接し、他方の面がプレート４に当接するように配置しても良い。
【００２７】
プレート４は、中空円盤型の金属板であり、一方の面の大半がマグネット３の他方の磁極面（図ではＮ極）に当接している。また、プレート４は、マグネット３の磁束をセンタポール２ａに導くために、内径がマグネット３の内径よりも小さく、一方の面の一部がマグネット３に当接せずに、マグネット３の内側面よりも中心側に突出するように配置されている。プレート４の内周面４ａは、センタポール２ａに対向しており、センタポール２ａとの間には所定幅のエアギャップ（空隙）ＧＰが形成されている。また、このエアギャップＧＰには、ボイスコイル６が配置されている。
【００２８】
ボイスコイル６は、中空円筒型のコイルであり、センタポール２ａの周囲に、センタポール２ａ及びプレート４と所定の間隔を空けて、ダンパ１１に接続された振動伝達体８によりその端部が支持され、センタポール２ａに沿って上下に振動自在に配置されている。ボイスコイル６がワンターンコイルの場合、円筒型の銅板などを用いると良い。
【００２９】
１次コイル５は、所定の巻数の中空円筒型コイルであり、センタポール２ａとヨーク２の内側の内下面２ｂに当接して配置されている。
【００３０】
フレーム９は、ヨーク２の外上面２ｅに結合された碗状の部材であり、このフレーム９の先端周縁部にリング状のガスケット１０と共に、コーン紙７の周縁部が固着されている。また、このコーン紙７の中央部には、図１（Ｂ）に示した円筒形でかご型の振動伝達体８の上部が接合されている。図１（Ｃ）に示すように、ヨーク２の外上面２ｅには、センタポール２ａの周囲に沿って所定の間隔で複数の孔（開口部）２ｄが形成されている。振動伝達体８の各棒部８ａは、孔２ｄを貫通して、ヨーク２の内部においてボイスコイル６と下部で接合されている。
【００３１】
コーン紙７は、音波を発生させる振動板であり、その中央部上面にはダストキャップ１２が貼り付けられている。
【００３２】
上記のように、スピーカ１では、ヨーク２がマグネット３、プレート４、１次コイル５、及びボイスコイル６を囲む形状である。本発明では、ヨーク２をこのような形状にしたことにより、スピーカ１の能率を大幅に向上させることができる。以下、詳細に説明する。
【００３３】
図２は、本発明の第１実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカで発生する磁束を示した図である。図２（Ａ）は、マグネットのバイアス磁束を示しており、マグネット３のバイアス磁束（直流磁束）は、プレート４からエアギャップＧＰを経由して、センタポール２ａから壁２ｆ，２ｇ，２ｈを経てマグネット３に至る磁路Ａと、センタポール２ａから壁２ｈを経由してマグネット３に至る磁路Ｂを通過する。
【００３４】
図２（Ｂ）は、１次コイル５の信号磁束を示しており、１次コイル５に交流電流を流すことで発生する信号磁束は、センタポール２ａから壁２ｈ，２ｇ，２ｆを経由してセンタポール２ａに至る磁路Ｃを通過する。なお、エアギャップＧＰにおける空気の透磁率よりもヨーク２を構成する磁性部材の透磁率の方が高いため、１次コイル５に交流電流を流すことで発生する信号磁束は、マグネット３、プレート４、及びエアギャップＧＰを通過しない。
【００３５】
ボイスコイル６には、ヨーク２の磁路Ｃを信号磁束が通過すると電磁誘導により起電力が生じて誘導電流が発生する。また、ボイスコイル６は、マグネット３によるバイアス磁束（磁界）から、ボイスコイル６にセンタポール２ａに沿った方向に電磁力を受ける。例えば、ボイスコイル６に図２（Ｃ）に示すような方向に電流が流れることで発生する磁束は、センタポール２ａ，壁２ｈ，壁２ｇ，壁２ｆ，センタポール２ａを経由する閉磁界ループである磁路Ｄを通過する。また、ボイスコイル６は、マグネット３によるバイアス磁束（磁界）から、図２（Ｃ）における下側の方向に電磁力を受ける。
【００３６】
スピーカ１では、音声信号に応じた大きさの交流電流が１次コイル５に流れるので、ボイスコイル６はこの音声信号に応じた電磁力を受けて振動し、２次コイル６が固定されたコーン紙７が振動して音波が発生する。
【００３７】
このように、スピーカ１では、１次コイル５に交流電流を流すことで発生した信号磁束は、マグネット３を通過することなく、ヨーク２内のみを通過するので、信号の歪みがほとんど発生することがなく、またマグネットの減磁が発生しにくくなる。
【００３８】
また、磁路Ｃ，磁路Ｄを通過する磁束は、エアギャップを介することなくヨーク２の内部を通過するので、１次コイル５をボイスコイル６及びプレート４と対向する位置に設置しなくても、ボイスコイル６に効率良く誘導電流を発生させることができる。また、従来のように巻数に制限が無く、任意の巻数にすることができる。
【００３９】
さらに、上記のように１次コイル５の巻数を増加させることができるので、一般のトランス並みの自己インダクタンスが得られる。したがって、１ｋＨｚ以下の低音域においても信号が低下することがないので、高音域から低音域まで使用することができるスピーカを提供することができる。また、１次コイル５は、巻線として従来よりも太い導線を使用することも可能であり、大電流を流すことができるので、スピーカ１を低音域用（ウーハー）のスピーカとして作成することも可能となる。
【００４０】
加えて、１次コイル５に発生する磁束は、すべてセンタポール２ａを通過して、ボイスコイル６に鎖交するので、１次コイル５とボイスコイル６との結合率が良く、能率が非常に高い電磁結合式動電型スピーカを提供することができる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカについて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカの概略構成図であり、（Ａ）はこのスピーカの正面図であり、（Ｂ）はこのスピーカのＡ−Ａ’断面図である。
【００４２】
電磁結合式動電型スピーカ５１（以下、スピーカ５１と称する。）は、ボイスコイルが振動板を兼ねたリボン型スピーカである。スピーカ５１は、ヨーク５２、マグネット５３、プレート５４、１次コイル（固定励磁コイル）５５、２次コイルである振動板５６、及びアーチ部材５７を備えた構成である。
【００４３】
ヨーク５２は、側壁５２ｇ及び下壁５２ｈから成る皿型の磁性部材である。また、ヨーク５２は、下壁５２ｈのほぼ中央部に円柱形のセンタポール５２ａが形成されており、下壁５２ｈを直径の位置でセンタポール５２ａに沿って切断すると、断面が山の字形状になる。また、ヨーク５２のセンタポール５２ａの上面及び側壁５２ｇの上面には、アーチ部材５７の下面が当接している。
【００４４】
アーチ部材５７は、センタポール５２ａと側壁５２ｇとを接続するアーチ形の磁性部材であり、例えば図３に示したように十字形に配置された４本のアーチ５７ａの間に開口部を備えている。アーチ部材５７は、もちろん、さらに複数のアーチを備えた構成であっても良い。
【００４５】
ヨーク２のセンタポール５２ａ、側壁５２ｇ、及び下壁５２ｈと、アーチ部材５７とに囲まれた空間には、マグネット５３、プレート５４、１次コイル５５、及び振動板５６が、センタポール５２ａの周囲に配置されている。マグネット５３は、中空円筒型の永久磁石であり、ヨーク５２の内部の下面（以下、内下面と称する。）５２ｂに一方の磁極面（図ではＳ極）が当接しており、センタポール５２ａと側壁５２ｇと所定の間隔を空けて配置されている。
【００４６】
プレート５４は、中空円盤型の金属板であり、一方の面の大半がマグネット５３の他方の磁極面（図ではＮ極）に当接している。また、プレート５４は、マグネット５３の磁束をセンタポール５２ａに導くために、内径がマグネット５３の内径よりも小さく、一方の面の一部がマグネット５３に当接せずに、マグネット５３の内側面よりも中心側に突出するように配置されている。プレート５４の内周面は、センタポール５２ａに対向しており、センタポール５２ａとの間には所定幅のエアギャップ（空隙）ＧＰが形成されている。また、このエアギャップＧＰには、振動板５６が配置されている。
【００４７】
振動板５６は、アルミや銅などの非磁性体で形成された中空円盤型の板材である。振動板５６は、２次コイル（ワンターンコイル）と音波を発生する振動板とを兼ねており、センタポール５２ａの周囲に、センタポール５２ａ及びプレート５４と所定の間隔を空けて、１次コイル５５に対向して配置され、センタポール５２ａに沿って振動自在に保持されている。例えば、振動板５６は、プレート５４とセンタポール５２ａとの間に設けた伸縮自在な非磁性体の膜（図示せず）に貼り付けた構造である。振動板５６は、入力信号に応じて振動して音波を発生する。
【００４８】
１次コイル５５は、所定の巻数の中空円筒型コイルであり、マグネット５３よりも内周側で、センタポール５２ａとヨーク５２の内側の内下面２ｂに当接して配置されている。
【００４９】
図３（Ｂ）に示したように、スピーカ５１では、マグネット５３のバイアス磁束（直流磁束）は、プレート５４からエアギャップＧＰを経由して、センタポール５２ａからアーチ部材５７、側壁５２ｇ，下壁５２ｈを経てマグネット５３に至る磁路Ｆと、センタポール２ａから下壁５２ｈを経由してしてマグネット３に至る磁路Ｇを通過する。
【００５０】
また、１次コイル５５に音声信号などの入力信号に応じた交流電流を流すと、信号磁束はセンタポール５２ａから下壁５２ｈ及び側壁５２ｇを経由して、さらにアーチ部材５７を経てセンタポール２ａに至る磁路Ｈを通過する。
【００５１】
この磁路Ｈを信号磁束が通過すると、ワンターンコイルである振動板５６には電磁誘導により起電力が生じて誘導電流が発生する。この時、振動板５６に発生した電流によってマグネット５３によるバイアス磁束（磁界）から、振動板５６にセンタポール５２ａに沿った方向に電磁力を受ける。
【００５２】
スピーカ５１は、音声信号に応じた交流電流が１次コイル５５に流されると、振動板５６はこの音声信号に応じた電磁力を受けて振動して音波を発生する。
【００５３】
このように、スピーカ５１は、磁性部材で形成されたヨーク５２及びアーチ部材５７で、マグネット５３、プレート５４、１次コイル５５、及び振動板５６が囲まれた構成である。したがって、スピーカ５１は、スピーカ１と同様に、信号磁束がマグネット５３を通過しない構造なので、信号歪みの発生やマグネット５３の減磁が非常に発生しにくい。また、１次コイル５５と振動板（ボイスコイル）５６との結合率が高く、能率が高い。
【００５４】
なお、スピーカ５１においては、アーチ部材５７のアーチの断面積が小さいため磁路の磁束密度が制限される。そのため、スピーカ５１における磁路の断面積を増加させる場合には、アーチ部材５７のアーチの本数を増加させると良い。しかしながら、振動板５６の面積は、スピーカ５１の構造上、スピーカ１の振動板７よりも小さくなる。そのため、スピーカ５１は、低音域の再生にはあまり適しておらず、高音域用のスピーカとして用いると良い。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５６】
（１）コイルの自己インダクタンスを大きくすることができ、低音域においても信号が低下することがないので、高音域から低音域まで使用することができるスピーカを提供できる。また、１次コイルの巻線として従来よりも太い導線を使用することができるので大電流を流すことができるようになり、低音域用のスピーカを提供できる。また、磁束の漏れがほとんど発生しないので、能率の高いスピーカを提供することができる。
【００５８】
（２）音波を発生させる振動板を磁性部材の内部に設けても、音波を外部に伝えることができる。
【００５９】
（３）２次コイルは、磁性部材によって周囲を囲まれているが、貫通口を介して振動板に接続されているので、１次コイルに入力された音声信号に応じた電磁力を振動板に伝達して音波を発生させることができる。
【００６０】
（４）２次コイルは振動板を兼ねているので、スピーカの部品点数を削減することができ、製造コスト低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカで発生する磁束を示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電磁結合式動電型スピーカの概略構成図である。
【図４】従来の電磁結合式動電型スピーカの概略構造を示した断面図である。
【符号の説明】
１，５１，１０１−電磁結合式動電型スピーカ
２，５２，１０２−ヨーク
３，５３，１０３−マグネット
４，５４，１０４−プレート
５，５５，１０５−１次コイル
６，１０６−ボイスコイル
７−コーン紙
８−振動伝達体
５６−振動板

Claims

バイアス磁束を発生させるマグネットと、音声信号電流が入力される１次コイルと、この１次コイルと電磁的に結合され、前記バイアス磁束による磁界内で振動自在に支持される２次コイルと、前記マグネット及び前記１次コイルが固定された磁性部材と、を備えた電磁結合式動電型スピーカにおいて、
前記磁性部材は、エアギャップを介さずに、前記マグネット、前記１次コイル、及び前記２次コイルの周囲を囲む構造で、その対向する２面を接続するセンタポールを備えた中空の円柱形状であり、前記マグネット、前記１次コイル、及び前記２次コイルは、前記磁性部材の内側であって、前記センタポールの周囲に配置されたことを特徴とする電磁結合式動電型スピーカ。
前記磁性部材は、前記センタポールに接続された一方の面が開口し、側面と前記センタポールとが複数のアーチによって接続された請求項１に記載の電磁結合式動電型スピーカ。
前記磁性部材は、前記センタポールに接続された一方の面における前記センタポールの周囲に複数の貫通孔を有し、前記２次コイルは、この貫通孔を介して音波を発生させる振動板に接続された請求項１に記載の電磁結合式動電型スピーカ。
前記２次コイルは、音波を発生させる振動板を兼ねた１ターンコイルである請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁結合式動電型スピーカ。