DE69127862T2 - Magnetische Schaltung für Lautsprecher - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkreis für einen Lautsprecher, der in einem Audiosystem verwendet wird.
• Fig. 20 zeigt einen häufig verwendeten, kegelförmigen Lautsprecher. Der Lautsprecher besitzt ein Joch 51, das eine Jochbasis 53 und einen auf der Jochbasis 53 ausgebildeten zylindrischen Pol 52 aufweist, eine ringförmige obere Platte 54 sowie einen Magneten 55, der zwischen der Jochbasis 53 und der oberen Platte 54 angeordnet ist. Eine Schwingspule 56 ist von einem Dämpfungsglied 60 gehaltert und in einem Magnetspalt G zwischen dem Pol 52 und der oberen Platte 54 derart angeordnet, daß sie in der durch die Pfeile a und b dargestellten Richtung beweglich ist. Ein Rahmen 57 ist an der Platte 54 befestigt, und eine Membran 59 ist zwischen einem Rand 58 des Rahmens 57 und der Schwingspule 56 vorgesehen. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet einen Anschluß, und 62 stellt eine Leitung dar.
• Wie man unter Bezugnahme auf Fig. 21 erkennnt, ist der Magnetkreis durch das Joch 51, den Magneten 55 und die Platte 54 gebildet, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Somit wird der erforderliche magnetische Wirkungsgrad des Magnetflusses φD in dem Spalt G durch Leckagen der Magnetflüsse φA, φB und φC reduziert.
• Ferner ist keine wirksame Maßnahme getroffen, um jegliche Leckage bzw. Streuung des Magnetflusses zu verhindern. Die Peripherie des Magneten 35 dient zwar als magnetischer Schutz gegen den Magnetfluß φA, jedoch haben die oberen und die unteren Ecken des Magneten nur einen geringen Schutzeffekt.
• Die japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichung 46-8272 offenbart einen Magnetkreis für einen Lautsprecher, der die Reduzierung des magnetischen Wirkungsgrads verhindern soll. Fig. 22 zeigt den in dieser veröffentlichung offenbarten Magnetkreis. Die Jochbasis 53 besitzt eine abgeschrägte Unterseite 64, die dazu dient, die Streuung des Magnetflusses φA und φB zu reduzieren. Die sich verjüngende Jochbasis 64 besitzt jedoch nur eine geringe Wirkung zur Steigerung des magnetischen Wirkungsgrads an dem Spalt G.
• Das US-Patent US-A-4 386 332 offenbart einen ähnlichen Magnetkreis für einen dynamischen Lautsprecher. Der Magnetkreis weist einen ringförmigen Magneten auf, bei dem die Rückenplatte eines Jochs mit einer ersten Oberfläche des Magneten gekoppelt ist. Das Joch besitzt einen zentralen Pol, der sich von einem zentralen Bereich der Rückenplatte weg durch eine Öffnung in dem ringförmigen Magneten erstreckt. Ferner weist der Magnetkreis eine ringförmige obere Platte auf, die mit einer zweiten Oberfläche des Magneten gekoppelt ist, wobei ein Luftspalt zwischen der oberen Platte und dem zentralen Pol vorhanden ist.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Magnetkreises für einen Lautsprecher, mit dem sich der magnetische Wirkungsgrad steigern läßt und sich dadurch die Tonqualität des Lautsprechers verbessern läßt.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Magnetkreises, der ein geringes Gewicht aufweist und sich kostengünstig herstellen läßt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetkreis angegeben, wie er in Anspruch 1 angegeben ist.
• Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Magnet eine Peripherie, die eine nach außen gekrümmte Querschnittsgestalt aufweist.
• Der Magnet, die Jochbasis und die obere Platte können allesamt Peripherien haben, die eine nach außen gekrümmte Querschnittsgestalt aufweisen.
• Bei einer weiteren Ausführungsform hat wenigstens eine Komponente von der Jochbasis und der oberen Platte eine nach innen gekrümmte Peripherie.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Magnet eine Peripherie mit einer Querschnittsgestalt haben, bei der gerade Linien kombiniert sind.
• Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen noch deutlicher.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht eines Magnetkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
• Fig. 3 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeipiels;
• Fig. 4 eine Darstellung von Linien der Magnetkraft, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird;
• Fig. 5 eine Darstellung von Linien der Magnetkraft, die bei dem herkömmlichen Magnetkreis erzeugt wird;
• Fig. 6, 7a und 7b Schnittansichten, in denen Modifikationen der Querschnittsgestalt dargestellt sind;
• Fig. 8 eine Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels;
• Fig. 9 eine Schnittansicht einer Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels;
• Fig. 10 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungen von sich verjüngenden Bereichen;
• Fig. 11 eine Darstellung von Linien der Magnetkraft, die in dem Magnetkreis der Fig. 9 erzeugt wird;
• Fig. 12 eine Tabelle zum Vergleichen der Leistung und des Gewichts des Magnetkreises der Fig. 9 mit herkömmlichen Magnetkreisen;
• Fig. 13 bis 19 Schnittansichten, in denen die Ausführungsbeispiele 5 bis 11 der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
• Fig. 20 eine Schnittansicht eines herkömmlichen kegelförmigen Lautsprechers;
• Fig. 21 und 22 Schnittansichten von Querschnittsformen von Magnetkreisen des Standes der Technik.
• Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, besitzt der Magnetkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ein Joch 1, das eine Jochbasis 2 und einen zylinderischen Pol 3 mit einer Öffnung 3a aufweist, einen ringförmigen Magneten 4, der an der Jochbasis 2 angebracht ist, sowie eine ringförmige obere Platte 5. Der Magnet 4 ist an der Jochbasis 2 mittels Klebstoff befestigt, und die obere Platte 5 ist ebenfalls mittels Klebstoff an dem Magneten befestigt. Der Magnetkreis besitzt eine komprimiert-sphärische Peripherie. Genauer gesagt, es besitzt die Jochbasis 2 eine konvexe Peripherie 2a, und die obere Platte 5 besitzt ebenfalls eine konvexe Peripherie 5a, und die Peripherie 4a des Magneten 4 ist im Schnitt nach außen gekrümmt.
• Bei dem in Fig. 2 gezeigten Magnetkreis ist ein massiver Pol 6 an der Jochbasis 2 ausgebildet. Die Jochbasis 2 des in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels besitzt eine ringförmige Vertiefung 7 in ihrer Innenwand, um eine große axiale Bewegung der Schwingspule zu ermöglichen, die zur Verwendung für einen Baßlautsprecher ausgebildet ist. An dem Pol 3 ist ein Polstück 8 angebracht.
• Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu sehen ist, in der in dem Magnetkreis der Fig. 1 erzeugte magnetische Kraftlinien gezeigt sind, tritt der größte Teil der magnetischen Kraftlinien gl, die von dem Nordpol des Magneten 4 erzeugt werden, in die Platte 5 ein, und diese gelangen als Magnetfluß 92 zu dem Spalt G. Der Magnetfluß 93 in dem Spalt G wird in dem Pol 3 und der Jochbasis 2 als Magnetfluß 94 induziert und zu dem Südpol des Magneten 4 geführt.
• Da die Peripherie des Magneten im Schnitt nach außen gekrümmt ist, wird der Magnetfluß g1 in dem Magneten 4 entlang der Peripherie zu der Platte 5 geführt. Somit ist die Magnetflußdichte in dem Spalt G hoch, wie dies mit den gleichen Magnetflußdichte-Konturen L1 - L4 gezeigt ist. Andererseits haben die Streuungen φ1 und φ2 des Magnetflusses nach außerhalb des Magneten 4, der Platte 5 und des Jochs 2 eine geringe Dichte.
• Im Gegensatz dazu besitzt der herkömmliche Magnetkreis eine geringe Magnetflußdichte in dem Spalt G sowie eine hohe Streuung φ1 und φ2 des Magnetflusses, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
• Bei einem Magnetkreis gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der einen Magnetradius von 65 mm aufweist, hat eine maximale Magnetflußdichte in dem Spalt G den Wert 1312 Tesla. Bei dem herkömmlichen Magnetkreis der Fig. 21, der den gleichen magne tischen Radius wie das erste Ausführungsbeispiel aufweist, hat eine maximale Magnetflußdichte in dem Spalt G den Wert 1309 Tesla, da ein großes Ausmaß an Streuung φA und Streuung φC des Magnetflusses von der Platte 54 zu dem Pol 52 vorhanden ist.
• Ferner ist das Gewicht des Magnetkreises der vorliegenden Erfindung um 20 % gegenüber dem Gewicht des herkömmlichen Magnetkreises reduziert, da Kanten der Jochbasis 2, des Magneten 4 und der Platte 5 abgerundet sind. Somit reduziert sich die Menge des teuren magnetischen Materials, so daß sich die Herstellungskosten reduzieren lassen. Ferner ist die Magnetflußdichte in dem Magneten 4 ausgeglichener, so daß eine Reduzierung der Magnetisierung bei niedriger Temperatur verhindert ist.
• Die Peripherien der Magnetkreise der Fig. 1 bis 3 besitzen im Schnitt zwar jeweils eine kontinuierlich gekrümmte Gestalt, jedoch kann auch eine diskontinuierliche Peripherie verwendet werden, wie dies in den Fig. 6, 7a und 7b gezeigt ist.
• Bei den Magnetkreisen der Fig. 1 - 3 handelt es sich jeweils um einen Rotationskörper um eine Mittellinie 1. Es können jedoch auch andere Magnetkreise mit quadratischer Formgebung oder Elipsenform in der Draufsicht zur Realisierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Peripherie einer Jochbasis 17 des Jochs 15 eine abgeschrägte Oberfläche 17a aufweist und eine obere Platte 18 eine abgeschrägte Oberfläche 18a auf weist. An dem Joch 15 ist ein massiver Pol 16 ausgebildet. Die eine obere Platte 18 eine abgeschrägte Oberfläche 18a aufweist. An dem Joch 15 ist ein massiver Pol 16 ausgebildet. Die abgeschrägten bzw. sich verjüngenden Oberflächen 17a und 18a sind jeweils nach innen gekrümmt.
• Da die äußere Peripherie der abgeschrägten bzw. sich verjüngenden Oberfläche 17a (18a), die im Schnitt kreisförmig ausgebildet ist, eine geringe Dicke aufweist, läßt sich eine Streuung φB von der kreisförmigen Peripherie verhindern oder auf ein sehr geringes Ausmaß reduzieren.
• Fig. 9 zeigt eine am meisten bevorzugte abgeschrägte Oberfläche. Die Peripherie von jedem der Jochbasis 17 und der oberen Platte hat dabei keine im Schnitt kreisförmige Gestalt. Die nach innen gekrümmte Oberfläche konvergiert nämlich auf der Oberfläche eines Magneten 19.
• Der Magnetfluß und die magnetische Dimension des Magnetkreises der Fig. 9 werden unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. In dieser Zeichnung stellt X1 den äußeren Radius des Magneten 19 dar, X2 stellt den inneren Radius dar und X3 stellt den Radius des Pols 16 dar. Die Dicke t der Jochbasis 17, bei der die innere Magnetflußdichte Bi konstant wird, läßt sich in der nachfolgend beschriebenen Weise ermitteln. Dabei wird davon ausgegangen, daß der gesamte Magnetfluß in dem Magneten 19 in dem Joch 15 fließt und somit keine Streuungen φA und φB vorhanden sind.
• 1. Wenn X2 ≤ X ≤ X1 ist, ist der Magnetfluß zwischen X und X1 φm(X) = π(X1²-X²)Bm.
• Der Magnetfluß in dem abgeschrägten Bereich der Jochbasis 17 ist
• φi(X) = 2π X t Bi.
• Da φm = φi,
• ist π(X1²-X²)Bm = 2π X t Bi.
• Somit ist
• t(X) = (X1²-X²)Bm/(2X Bi).
• Wenn X3 ≤ X ≤ X2, ist der Magnetfluß zwischen X und X1 φm(X) = π(X1²-X2²)Bm.
• Der Magnetfluß in dem abgeschrägten Bereich der Jochbasis 17 ist
• φ(X) = 2π X t Bi.
• Somit ist
• t(X) = (X1²-X2²)Bm/(2X Bi).
• Wenn X = X1,
• ist dt(X)/dX = Bm/(2bi) (-X1²/X²-1)
• dt(X)/dt(X=X1) = -Bm/Bi.
• Dies sind die Konditionen, die die Abmessungen der Jochbasis definieren.
• Diese Konditionen werden im folgenden analysiert.
• Wenn X2 ≤ X ≤ X1,
• ist t(X) = (c1/X) - c2 X (c1 und c2 sind Konstanten).
• Somit erhält der abgeschrägte Bereich der Jochbasis eine im Schnitt nach innen gekrümmte Form.
• Wenn X3 ≤ X ≤ X2,
• ist t(X) = c3/X
• (c3 ist eine Konstante).
• Somit wird auch in diesem Fall der abgeschrägte Bereich nach innen gekrümmt.
• Die obengenannten Werte ergeben sich auf der Grundlage der Annahme, daß eine Streuung des Magnetflusses φA nicht vorhanden ist. In Wirklichkeit gelangt ein Teil des Flusses aufgrund der Streuung φA nicht durch den Pol 16. Der Wert der Anstiegsrate der Dicke t ist somit geringer als in den vorstehenden Gleichungen. Die Bedingungen zur Bildung einer nach innen gekrümmten Querschnittsgestalt ändern sich jedoch nicht.
• Dies wird durch numerische Berechnung, wie zum Beispiel durch die Methode der finiten Elemente bestätigt.
• Die vorstehend beschriebene Theorie wird auch bei dem abgeschrägten Bereich der Platte 18 angewendet.
• Fig. 11 zeigt eine Verteilung des Magnetflusses in dem Magnetkreis der Fig. 9. Dabei werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 verwendet. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß eine hohe Dichte des Magnetflusses in dem Spalt G erzielt wird.
• Fig. 12 veranschaulicht Magnetflußdichten und Gewichte von Ausbildungen 1 und 2 des Standes der Technik sowie der vorliegenden Erfindung. In der Tabelle stellt Bg die gemittelte Ma gnetflußdichte in dem Spalt G dar, φg stellt den Magnetfluß in dem Spalt dar, und φm stellt den gesamten Magnetfluß in dem Magneten dar. Es ist zu erkennen, daß die Magnetflußdichte der vorliegenden Erfindung höher ist als bei dem Stand der Technik 1 und 2 und daß der Magnetkreis der vorliegenden Erfindung ein niedrigeres Gewicht aufweist als der Stand der Technik.
• Der Magnetkreis der Fig. 13 besitzt eine Aussparung 16a in der Unterseite des Pols 16, um dessen Gewicht zu reduzieren.
• Bei dem in Fig. 14 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Aussparung 16b in der Oberseite des Pols 16 ausgebildet, um das Gewicht noch weiter zu reduzieren. Da jede der Aussparungen 16a und 16b eine gekrümmte Innenfläche aufweist, läßt sich eine Streuung des Magnetflusses von dieser vermindern.
• Der Magnetkreis der Fig. 15 besitzt eine Perforation 16c in dem Pol 16.
• Der Magnet 19 des in Fig. 16 gezeigten Magnetkreises besitzt eine im Schnitt nach außen gekrümmte Gestalt ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1.
• Die Fig. 17 bis 19 zeigen verschiedene Querschnittsformen des Magnetkreises, wobei der Magnet eine Peripherie aufweisen kann, die in Form aneinander angrenzender, gerader Linien in nach außen vorspringender Weise geformt ist, wie zum Beispiel eine Peripherie mit im Schnitt trapezförmiger Formgebung.
• Die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind zwar vorstehend dargestellt und beschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß diese Offenbarung nur dem Zweck der Erläuterung dient und daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können, wie diese in den Ansprüchen definiert ist.

Claims (11)

1. Magnetkreis für einen Lautsprecher, der folgendes aufweist:

- eine Jochbasis (2; 17),

- einen zylindrischen Polschuh (3; 16), der an der Jochbasis (2; 17) ausgebildet ist,

- einen ringförmigen Magneten (4; 19), der an der Jochbasis (2; 17) angebracht ist, und

- eine ringförmige obere Platte (5; 18), die an dem Magneten (4; 19) angebracht ist,

wobei diese Teile einen Spalt G zwischen der inneren Wand der oberen Platte (4; 19) und der gegenüberliegenden äußeren Wand des zylindrischen Polschuhs (3; 16) bilden; dadurch gekennzeichnet,

daß ein Längs-Querschnitt, der die Mittellinie (1) von wenigstens einem von der Jochbasis (2; 17), dem Magneten (4; 19) und der oberen Platte (5; 18) enthält, eine gekrümmte Peripherie (2a, 4a, 5a, 11a, 11b, 11c, 17a, 18a, 19a) hat.

2. Magnetkreis nach Anspruch 1,

wobei die gekrümmte Peripherie (2a, 4a, 5a) nach außen gekrümmt ist.

3. Magnetkreis nach Anspruch 1,

wobei die gekrümmte Peripherie (17a, 18a) wenigstens teilweise nach innen gekrümmt ist.

4. Magnetkreis nach Anspruch 2,

wobei der Querschnitt des Magneten (4) eine nach außen gekrümmte Peripherie (4a) hat.

5. Magnetkreis nach Anspruch 2,

wobei die Querschnitte von dem Magneten (4) und einer von der Jochbasis (2) oder der oberen Platte (5) nach außen gekrümmte Peripherien (4a, 2a, 5a) haben.

6. Magnetkreis nach Anspruch 2,

wobei die Querschnitte des Magneten (4), der Jochbasis (2) und der oberen Platte (5) nach außen gekrümmte Peripherien (4a, 2a, 5a) haben.

7. Magnetkreis nach Anspruch 3,

wobei der Querschnitt von wenigstens einer von der Jochbasis (17) und der oberen Platte (18) eine wenigstens teilweise nach innen gekrümmte Peripherie (17a, 18a) hat.

8. Magnetkreis nach Anspruch 7,

wobei der Querschnitt von wenigstens einer von der Jochbasis (17) oder der oberen Platte (18) in seinem äußeren, an den Magneten angrenzenden Bereich eine kreisförmige Peripherie hat.

9. Magnetkreis nach Anspruch 7,

wobei die nach innen gekrümmte Peripherie (17a, 18a) zu einer Oberfläche des Magneten (19) konvergiert.

10. Magnetkreis nach Anspruch 7,

wobei der Querschnitt des Magneten (19) eine nach außen gekrümmte Peripherie hat.

11. Magnetkreis nach Anspruch 7,

wobei der Querschnitt des Magneten (19) eine Peripherie hat, die in ihrer Form von aneinander angrenzenden Geraden gebildet wird, derart, daß diese nach außen vorstehen.