JP3961960B2 - スピーカ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を音響信号に変換するスピーカに係り、特に、大入力に耐えるスピーカに関する。
【0002】
【従来の技術】
大入力に耐えるスピーカの開発が従来から種々行われている。例えば、特許文献1には、磁気回路を構成するボトムプレートに設けられたセンターポールの上部に中空円筒部を有する非磁性体によるショートリングを装着したスピーカが開示されている。このスピーカは、前述のセンターポール上部の中空円筒部によって、ボイスコイルを、大入力印加時にもセンターポールに乗り上げることなく保持することができ、これにより、異常音や不鳴り現象を抑制して更なる高入力が可能なものである。
【0003】
【特許文献1】
特開2001-145191号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、スピーカのインピーダンスの周波数特性は、高周波になるほど増加する傾向にあり、それに伴い発音した音にひずみが生じたり、磁性体のヨークに生じる渦電流による鉄損により発熱が増加する。前述した従来技術に示されるように、非磁性体によるショートリングをセンターポールに装着することにより、前述の鉄損の低減に効果があることが知られている。
【0005】
しかし、前述した従来技術は、消費電力800W以上の大出力スピーカに適用し、ショートリングをその厚さが0.5mm以下の薄い非磁性導電体で構成した場合、ショートリングに大きな渦電流が流れて飽和が生じてしまい充分な鉄損低減の効果が得られないという問題点を有している。このため、大出力のスピーカや、振動体面以外の部分が密閉された熱のこもりやすい水中スピーカ等に前述の従来技術を適用した場合、磁石部に熱がたまり、磁石の熱減磁が生じてしまうという問題点を有している。
【0006】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、磁気回路の寸法・質量・コストを増大させることなく、鉄損を低減することができ、磁気回路からの熱の放散により、磁石の熱減磁を防止することのできる大出力が可能なスピーカを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、振動板を駆動するボイスコイルを磁気回路内に備えたスピーカにおいて、前記磁気回路は、ボトムプレートと、ボトムプレートの上面に配置された円柱体と、円柱体の周囲にギャップを持って設置された円筒体とを有し、前記ボトムプレートは、円柱体及び円筒体が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、前記円柱体と円筒体とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、円柱体の外周面と円筒体の内周面とに非磁性導電体を配設し、前記円柱体の外周面に配設された非磁性導電体の厚さを、前記円筒体の内周面に配設された非磁性導電体の厚さより厚くしたことにより達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるスピーカの実施形態を図面により詳細に説明する。
【0010】
図1は本発明の一実施形態によるスピーカの構成を示す断面図である。図1において、11はボトムプレート、12は円柱体、13は円筒体、14はボイスコイル、15、16は非磁性導電体、17はボビン、18は振動板、19はダストキャップ、20はダンパーである。
【0011】
図1に示すスピーカの磁気回路は、ボトムプレート11と、ボトムプレート11の上面に配置された円柱体12と、円柱体12の周囲にギャップを持って設置された円筒体13とにより構成される。そして、本発明の実施形態によるスピーカは、前述した磁気回路における円柱体12と円筒体13との間の空隙(ギャップ部)にボイスコイル14を配置し、ボイスコイル14と振動板18とがボビン17により連結され、振動板18の中央部にダストキャップ19が設けられて構成される。さらに、ボビン17は、図示しないフレームとの間に設けられるダンパー20により支持されている。
【0012】
前述において、磁気回路を構成するボトムプレート11は、円柱体12及び円筒体13が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、また、円柱体12と円筒体13とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成される。そして、円柱体12の外周面とボイスコイル14のとの間、及び、円筒体13の内周面とボイスコイル14との間に、0.5mm〜3mmの両者間で厚さの異なる非磁性導電体15、16が設けられている。また、非磁性導電体15、16は、充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体15をボトムプレート11の上面及び円柱体15の外周面に接触させ、非磁性導電体16をボトムプレートの上面及び円筒体16の内周面に接触させて配設している。但し、非磁性導電体15、16のそれぞれは、入力の大きさ等の条件によっては、ボトムプレート11の上面に接するまで設ける必要はなく、例えば、ボイスコイル14の振動域にだけ設けるようにしてもよい。
【0013】
一般に、鉄損は、鉄等の磁性体が交番磁界にの中に置かれたときに発生するもので、ヒステリシス損と渦電流損とがある。スピーカの磁気回路の場合、低周波域ではヒステリシスによる鉄損が主体となり、高周波域では渦電流による鉄損が主体になることが知られている。
【0014】
前述したような磁気回路を持つ本発明の実施形態によれば、ボイスコイル14の高周波域でのインピーダンスを低減でき、渦電流による鉄損の低減を図ることができ、また、放熱効果が高いため、磁石の熱減磁を防止することができる。
【0015】
図2は図1に示す本発明の実施形態によるスピーカの磁気回路の具体例を示す断面図である。図2において、21は第1のヨーク、22は第1の永久磁石、23は第2のヨーク、24は第2の永久磁石、25は第3のヨーク、26は第4のヨーク、27は第3の永久磁石、28はセンターポール、210、211、212はギャップであり、他の符号は図1の場合と同一である。
【0016】
図2において、第1のヨーク21は、図1に示す例でのボトムプレート11に相当し、強磁性材料からなり円板状に形成されている。第1のヨーク21の前面の中心部には、強磁性材料からなる円柱状のセンターポール28が第1のヨーク21と同軸に配設されている。また、第1のヨーク21の前面には、ヨーク21と同軸に厚み方向に磁化されたリング状の第1の永久磁石22が配設され、その内周面がギャップ210を介してセンターポール28と対向している。
【0017】
第1の永久磁石22の前面には、強磁性材料からなるリング状の第2のヨーク23が第1の永久磁石22と同軸に配設され、第2のヨーク23の内周面がボイスコイル14を介してセンターポール28と対向している。センターポール28の前面には厚み方向に磁化された円板状の第3の永久磁石27がセンターポール28と同軸に配設されている。第2のヨーク23の前面には、厚み方向に磁化されたリング状の第2の永久磁石24が配設され、その内周面がギャップ211を介して第3の永久磁石27と対向している。第3の永久磁石27の前面には、強磁性材料により円板状に形成された第4のヨーク26が第3の永久磁石27と同軸に配設されている。さらに、第2の永久磁石24の前面には強磁性材料によりリング状に形成された第3のヨーク25が配設され、その内周面がギャップ212を介して第4のヨーク26と対向している。
【0018】
前述において、センターポール28、第3の永久磁石27及び第4のヨーク26が図1に示す例での円柱体12に相当し、第1の永久磁石22、大2のヨーク23、第2の永久磁石24及び第3のヨーク25が図1に示す例での円筒体13に相当する。図2に示す例においても、図1に示す例での円柱体12に相当する部分の外周部に非磁性導電体15が設けられ、円筒体13ら相当する部分の内周部に非磁性導電体16が設けられている。
【0019】
図2に示す磁気回路は、第2のヨーク23からボイスコイル14を介してセンターポール28の方向へ向けて磁束が形成されている。そして、前述したように、第1の永久磁石22、第2のヨーク23、第2の永久磁石24、及び第3のヨーク25の内周面とボイスコイル14の間、及び、センターポール28、第3の永久磁石27、第4のヨーク26の外周面とボイスコイル14の間に、0.5mm〜3mmの厚さの異なる非磁性導電体16、15が配置されている。
【0020】
図2に示す磁気回路を有するスピーカは、前述で説明したような磁気回路の構成を備えることにより、大出力時でも非磁性導電体15、16での渦電流飽和を生じさせることがなく、鉄損の低減を図ることができる。磁気回路の構成により磁束が第2のヨーク23の内周面に集中する場合と、センターポール28の外周面に集中する場合とがあるが、円柱体と円筒体とを組み合わせた磁気回路の場合、円筒体側の磁束が集中する。このため、より磁束が集中する側、図2に示す例の場合、センターポール側の非磁性導電体の厚さを厚くすることにより、ギャップ部の幅を広げ磁束密度を低下させることなく、さらに鉄損の低減を図ることができる。
【0021】
また、非磁性導電体15、16は、充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体16を第1のヨーク21の前面、第2のヨーク23の内周面、及び、第3のヨーク25の内周面に、非磁性導電体15を第1のヨーク21の前面、センターポール28の外周面、及び、第4のヨーク26の外周面に接触して配設して放熱路が形成される。これにより、永久磁石の温度上昇を防止し、熱減磁を防ぐことができる。
【0022】
次に、図2に示す磁気回路の寸法等を例示して、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、それらの例に限定されるものではない。
【0023】
図2に示す本発明の実施形態によるスピーカに用いる磁気回路を、第1のヨーク21、第1の永久磁石22、第2のヨーク23、第2の永久磁石24及び第3のヨーク25の外径:D1=350mm、第1の永久磁石22、第2のヨーク23、第2の永久磁石24及び第3のヨーク25の内径:D2=186mm、センターポール28、第3の永久磁石27及び第4のヨーク26の外径:D3=150mm、第1のヨーク21の厚み:L1=60mm 、第1の永久磁石22の厚み:L2=50mm 、第2のヨーク23の厚み:L3=55mm 、第2、第3の永久磁石23、27の厚み:L4=50mm 、第3、第4のヨーク25、26の厚み:L5=20mm として構成した。
【0024】
なお、第1、第2及び第3の永久磁石22、24及び27には、いずれもR−Fe−B系異方性焼結磁石(RはネオジムNdを主体とする希土類元素の少なくとも1種、Feは鉄、Bはホウ素である)を用い、また、第1、第2、第3、第4のヨーク21、23、25、26及びセンターポール28には、いずれもJISG3101一般構造用圧延鋼材SS400を使用した。
【0025】
前述のように構成した図2に示す磁気回路において、第1の永久磁石22、第2のヨーク23、第2の永久磁石24及び第3のヨーク25の内周面とボイスコイル14との間に、厚さ:T1=1mm の非磁性導電体16を、また、センターポール28、第3の永久磁石27、第4のヨーク26の外周面とボイスコイル14との間に厚さ:T2=3mmの非磁性導電体15を配置した。なお、非磁性導電体15、16には、いずれもJISH3100タフピッチ銅板C1100P-Hを用いた。
【0026】
前述したような寸法構造を有する図2に示すような磁気回路を用いたスピーカに1000Wを入力し、鉄損の解析を行った結果、鉄損689Wであった。比較のため、非磁性導電体15、16の双方とも厚さ2mmにし、前述の場合と同一の音圧を得ようとした場合、入力として1153Wを必要とし、鉄損の解析を行った結果、鉄損848Wであった。
【0027】
前述したように、非磁性導電体15、16の厚さを異なる厚さに設定することにより、音響変換効率と鉄損の低減を図ることができる。
【0028】
図3は本発明の実施形態によるスピーカと、磁気回路に非磁性導電体を備えない実施形態によるスピーカとのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性の比較結果を示す図である。
【0029】
図2に示す磁気回路を使用した本発明の実施形態によるスピーカのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性は、図3に実線により示すようなものとなり、10kHz程度の高周波領域まで比較的低い抵抗値を示した。これに対して、従来技術によるスピーカのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性は、図3に点線により示すようなものとなり、500Hz程度から急激に上昇していくものとなっている。
【0030】
そして、図3から判るように、本発明の実施形態によるスピーカの場合、1kHzのときの等価抵抗値は、非磁性導電体がない従来技術によるスピーカの場合の約10分の1となった。従って、本発明の実施形態によるスピーカは、同一の出力を得るために必要な入力電圧も従来技術の場合の10分の1となり、大出力の場合にも必要な入力電圧が小さくて済むため、スピーカ用アンプの寸法・質量・コストの低減にも寄与することができる。
【0031】
また、本発明の実施形態によるスピーカは、すでに説明したように、その磁気回路に備える非磁性導電体を充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体16を第1のヨーク21の前面、第2のヨーク23の内周面及び第3のヨーク25の内周面に接触させて配設し、非磁性導電体15を第1のヨーク21の前面、センターポール28の外周面及び第4のヨーク26の外周面に接触させて配設して放熱路を形成しており、この構造において熱解析を行った結果、800Wの電力を入力してスピーカを駆動した場合、本発明の実施形態と同等の磁気回路において非磁性導電体のないスピーカでの磁石の温度上昇が88℃であったのに対し、本発明の実施形態によるスピーカでの温度上昇は69℃であり、充分な放熱効果が得られることが確認できた。
【0032】
図2により説明した磁気回路の構成は、この例に限ることなく、ボイスコイル14の移動範囲でギャップの磁束密度を均一とすることができれば、永久磁石とヨークとをどのように組み合わせて磁気回路を構成するようにしてもよい。また、スピーカの効率を高めるために、ボイスコイルを長くして、ギャップ内の磁束密度が均一となっていない部分にまでボイスコイルを存在させるように構成することもできる。但し、この場合、歪の発生をどの程度許容することができるかについて配慮する必要がある。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気回路の寸法・質量・コストを増大させることなく、大出力時でも、鉄損を低減でき、さらに磁気回路からの熱の放散により、磁石の熱減磁を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるスピーカの構成を示す断面図である。
【図2】図1に示す本発明の実施形態によるスピーカの磁気回路の具体例を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態によるスピーカと、磁気回路に非磁性導電体を備えない実施形態によるスピーカとのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
11 ボトムプレート
12 円柱体
13 円筒体
14 ボイスコイル
15、16 非磁性導電体
17 ボビン
18 振動板
19 ダストキャップ
20 ダンパー
21 第1のヨーク
22 第1の永久磁石
23 第2のヨーク
24 第2の永久磁石
25 第3のヨーク
26 第4のヨーク
27 第3の永久磁石
28 センターポール
210、211、212 ギャップ
Claims (1)
- 振動板を駆動するボイスコイルを磁気回路内に備えたスピーカにおいて、前記磁気回路は、ボトムプレートと、ボトムプレートの上面に配置された円柱体と、円柱体の周囲にギャップを持って設置された円筒体とを有し、前記ボトムプレートは、円柱体及び円筒体が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、前記円柱体と円筒体とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、円柱体の外周面と円筒体の内周面とに非磁性導電体を配設し、前記円柱体の外周面に配設された非磁性導電体の厚さを、前記円筒体の内周面に配設された非磁性導電体の厚さより厚くしたことを特徴とするスピーカ。
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JP2003000424A JP3961960B2 (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | スピーカ |
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2003
- 2003-01-06 JP JP2003000424A patent/JP3961960B2/ja not_active Expired - Lifetime
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