WO2007051948A1 - Transducteur electrodynamique a dome a suspension ferrofluide - Google Patents

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WO2007051948A1
WO2007051948A1 PCT/FR2006/051132 FR2006051132W WO2007051948A1 WO 2007051948 A1 WO2007051948 A1 WO 2007051948A1 FR 2006051132 W FR2006051132 W FR 2006051132W WO 2007051948 A1 WO2007051948 A1 WO 2007051948A1
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coil
internal
transducer
membrane
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Bernard Richoux
Guy Lemarquand
Valérie LEMARQUAND
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Universite Du Maine
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Definitions

  • the present invention relates to a ferrofluid suspension electrodynamic dome transducer and its applications to loudspeakers, geophones, microphones or the like.
  • Axisymmetric electrodynamic loudspeakers with moving coils generating acoustic waves as a function of a current are known.
  • the voice coil carried by a mandrel is integral with a membrane and there are two major types depending on the membrane implemented, the cone and dome speakers.
  • the general operating principle of a loudspeaker is based on the possibility of setting in motion the cylindrical coil traversed by an electric current and placed in a static magnetic field created by one or more fixed annular or cylindrical permanent magnets whose direction of rotation. magnetization is parallel to the axis of revolution of the loudspeaker, a plurality of ferromagnetic parts channeling the magnetic field to bring it radially facing the coil.
  • the air gap is where the coil is placed and it moves in a free space between faces of magnetic structures (generating and / or channeling a magnetic field according to whether or not it includes an internal magnet) (to the central axis of symmetry of the loudspeaker) and external (towards the periphery of the loudspeaker) with respect to the mandrel.
  • a loudspeaker comprises a rigid structure of maintenance called salad bowl and to maintain its constituent elements in defined structural and functional static and dynamic relationships.
  • suspension type edge between the periphery of the membrane and the salad bowl
  • spikeder between the mandrel carrying the coil or the membrane and the salad bowl
  • these suspension means also provide a pneumatic sealing function (especially the edge) between the faces of the membrane, which avoids a short acoustic circuit between the faces of the membrane and a return function (the edge and the spider) of the coil to a defined rest position.
  • the present invention proposes to eliminate the conventional suspension means of the transducers and in particular of the type edge and "spider" in a loudspeaker (circular or elliptical) dome, the suspension being provided by implementation of ferrofluid joints between the mandrel carrying the coil and the edges of the vertical free space to ensure at least a double guide of the coil and a pneumatic seal in the transducer.
  • the invention thus relates to an electrodynamic diaphragm transducer comprising an electrodynamic motor in a carcass and in which a coil carried by a mandrel integral with the membrane can move, the mandrel being a form generated by a generatrix generally linear, the coil being placed in a gap of a vertical free space where it can move and which is delimited, towards the center of the transducer by an internal magnetic structure (generates and / or channels the magnetic field according to whether or not it comprises a magnet) and towards the periphery of the transducer by an external magnetic structure (generates and / or channels the magnetic field according to it has a magnet or not).
  • the transducer does not comprise any peripheral suspension or internal suspension, the peripheral suspension being a suspension between the periphery of the membrane and the carcass, the inner suspension being a suspension between the membrane or the mandrel and the carcass, and the transducer comprises at least two means for confining the magnetic field (dependent / integrated or independent of the magnetic structures) in the vertical free space for formation with a ferromagnetic liquid of at least two stepped ferrofluidic joints in the vertical free space ensuring at least one double guide of the coil and the pneumatic sealing between the front and rear faces of the membrane, at least one of the ferrofluidic joints being continuous.
  • the transducer is a geophone
  • the transducer is a microphone
  • the transducer is a loudspeaker
  • the membrane is a dome
  • the carcass is a salad bowl
  • the peripheral suspension is an edge
  • the internal suspension is a spider
  • the loudspeaker has a flat diaphragm (emissive portion),
  • the loudspeaker has a concave membrane (emissive portion),
  • the loudspeaker has a convex membrane (emissive portion), - the loudspeaker is concave and convex (emissive) membrane (both at the same time in different areas)
  • the means of confinement of the magnetic field are in the internal and / or external magnetic structure
  • the means of confinement of the magnetic field are outside the internal or external magnetic structure, specific devices are therefore added, a traditional internal / external magnetic structure can therefore be used and one or more specific devices for confining the magnetic field added.
  • At least one of the ferrofluidic joints is discontinuous along the periphery of the mandrel
  • At least one of the ferrofluidic joints is continuous along the periphery of the mandrel (it is pneumatically sealed and makes it possible to isolate the rear part of the membrane from the environment and avoids an acoustic short circuit, since the peripheral membrane suspension, especially at edge type is absent)
  • the joints are arranged in height on the same side of the coil or coils, (all above or all below)
  • At least one of the joints is above or below all the coils, (the other or the other joints may be between the coils or completely on the other side of the coils)
  • the joints are arranged in height on either side of the coil, (in the case of several coils, one can have two extreme seals on either side of all the coils and / or joints between each coil / groups of coils)
  • At least one of the ferrofluidic joints is unilateral internally, the ferromagnetic liquid of said seal being disposed in the internal volume, the internal volume is inside the coil-carrying mandrel, the ferromagnetic liquid therefore being between the mandrel and the internal magnetic structure )
  • At least one of the ferrofluidic joints is unilateral external, the ferromagnetic liquid of said seal being disposed in the external volume, the external volume is outside the coil-carrying mandrel, the ferromagnetic liquid therefore being between the mandrel and the external magnetic structure )
  • At least one of the ferrofluidic joints is bilateral, the ferromagnetic liquid of said seal being disposed in the external volume and in the internal volume at substantially the same height for the same bilateral joint,
  • the transducer comprises only unilateral ferrofluid seals, either exclusively external or exclusively internal,
  • ferrofluidic joints are arranged in the space where the volume is the smallest, (in practice on the face of the mandrel which does not carry the coil)
  • the ferrofluidic joints are unilateral external, the coil is arranged in the internal volume on the internal face of the mandrel and when the joints are unilateral internal, the coil is placed in the external volume on the outer face of the mandrel,
  • the transducer further comprises a means for returning the coil
  • the transducer further comprises a return means of the coil chosen from one or more of the following means:
  • said quasi-closed volume comprising a minimal pneumatic leak (in general: a means equalization of pressure with a long time constant) whose time constant is very long compared to the frequencies to be reproduced, said leakage being in particular in the form of a porous material or a very small diameter orifice or a thin tube (capillary tube type or needle) to the outside of the transducer;
  • a configuration of the coil and internal and external magnetic structures such that a restoring force (recentering) is exerted on the coil by electromagnetic effect; (for example: that the value of the coil choke is maximum for a given position of the coil along the height of the vertical free space, in the gap)
  • each vertical joint segment being in relation to a deformation along a vertical generatrix segment of the mandrel (or an oblique), the vertical deformations (or oblique) being defined so as to create a restoring force proportional to the displacement of the coil;
  • the transducer comprises two internal unilateral ferrofluid seals, at least one of which is continuous, said ferrofluid seals being arranged in concave deformations seen from the inside of the mandrel (the means of confinement of the magnetic field in the vertical free space are therefore arranged at these points; levels), the coil being disposed on the outer face of the mandrel to the external volume (the ferrofluid is therefore advantageously disposed in the internal volume which is much smaller than the internal volume) and the membrane is loaded by a quasi-closed volume to the rear of the dome, the internal magnetic structure being open axially towards said quasi-closed volume disposed behind the internal magnetic structure, said quasi-closed volume comprising a pneumatic leak whose time constant is very long compared to the frequencies to reproducing by the transducer, said leak being an orifice with a very small diameter towards the outside of the tra nsducteur,
  • the transducer is a circular mandrel
  • FIG. 1 which shows a vertical section through the anteroposterior axis of symmetry of a circular dome speaker according to the invention and with several examples of return means of the coil some of which are shown in dashed lines
  • FIG. 2 which represents a vertical section passing through the an anteroposterior axis of symmetry of a portion of a circular dome speaker according to the invention with a return means of the coil conformation type optimized the bobbin support mandrel.
  • the application to the loudspeakers has shown on an exemplary embodiment that it is possible to obtain coil travel of approximately +/- 6mm. Greater deflections are also possible in particular with means of field confinement allowing a high concentration of the magnetic field in the ferrofluid joint areas, the mandrel can even slide on the joints that remain in place.
  • the ferromagnetic liquid which naturally tends to be in areas with the highest magnetic field (concentrated) and / or the field variation is the highest, will be able to play the role. of pneumatic seal between the front and the back of the membrane if it is continuous and, in all cases, will ensure the translational guidance of the mandrel in the vertical free space given the removal of elements external mechanical guidance of the mandrel and the membrane that are the edges of the membrane and / or the "spiders".
  • At least two ferrofluid joints are present at different heights along the mandrel in the vertical free space and, preferably, on both sides of the coil (s) wound on the mandrel.
  • the ferrofluidic joints may be on one side of the coil on the height (all above or all below), especially in the case where the field concentration system is separate from the main engine as in the case of using a traditional engine and adding specific field concentration means on this traditional engine.
  • each ferrofluid joint is, along the perimeter of the mandrel, in a single plane perpendicular to the axis of symmetry of the mandrel as shown.
  • the joint along the perimeter of the mandrel can draw a contoured curve (sinusoidal, triangular, square frieze, rectangular ...) and form a contoured joint.
  • ferrofluidic joints are continuous (at least one) or discontinuous.
  • vertical or oblique joint segments may be implemented. The means of confinement of the field are adapted accordingly. It will be understood that the substantially horizontal portions of joints in deformations of the mandrel play a predominant role of return function, the (possibly) vertical or oblique portions of joints in deformations of the mandrel ensure a smooth sliding mandrel and a possible return function (according to the form of the deformations of the mandrel including their upper and lower ends).
  • each bilateral joint 12 is formed of an internal part 13 in the internal volume of the vertical free space, on the side internal magnetic structure 4, and an outer portion 14 in the external volume of the vertical free space, external magnetic structure side 5.
  • the motor is in a rigid bowl of which only a portion 7 has been shown to the front with means for fixing to a support which may be a face of an enclosure for example.
  • the external and internal magnetic structures can be passive, that is to say having only means for guiding a magnetic field created in the other structure, or can be active, it is with one or more magnetic field generating means (one / ring / pellet / composite / monoblock magnets ...), or, again, can be mixed, that is to say combining the two previous types (one / the magnetic field generating means and the magnetic field guiding means).
  • ferromagnetic liquid seals can be made at different heights.
  • chuck These ferrofluidic joints are horizontally extended at least between one of the two walls of the vertical free space and the corresponding face of the mandrel, forming a unilateral seal, and at most, extended to the same given height, on one side, between a first the two walls of the vertical free space and the corresponding face of the mandrel, and the other side, between the other face of the mandrel and the second wall of the vertical free space, forming a bilateral joint.
  • these joints at least two stages along the mandrel ensure in themselves a maintenance and at least a double guide of the mandrel in the vertical free space (guiding function).
  • At least one of the ferrofluidic joints must be continuous to effectively pneumatically isolate (sealing function) the front of the back of the membrane, in this case a dome 2.
  • the rear part of the dome inside the loudspeaker
  • the front part in front of the dome and corresponding to the loudspeaker environment.
  • a bilateral or unilateral joint and for the latter of the internal or external position may depend on the fact that the bottom of the vertical free space is open or not to the outside: if it is open there is it will then be necessary to have at least one continuous joint on the inner space (continuous unilateral internal or bilateral seal since the latter has both an inner portion and an outer portion).
  • FIG. 1 also shows possible means of returning the coil to a predefined position (return function) when it is no longer electrically energized (or following the removal of an accidental external constraint).
  • return function e.g., the maximum inductance at a certain coil position.
  • the mechanical return means may be arranged at other locations, for example the membrane pierced with elastic material disposed behind the dome in place of the spring.
  • the mechanical return means must exert balanced return forces on the periphery of the mandrel / dome to prevent the guide is compromised and advantageously implemented so as to obtain a restoring force proportional to the displacement of the coil .
  • FIG. 2 shows another example of means of return by optimizing the shape of the mandrel: the generatrix of the mandrel is no longer a vertical line over the entire height of the mandrel but has concavities (convexity according to the face considered) in areas where the ferrofluid will be placed.
  • two internal unilateral ferrofluidic seals 13 are arranged in concavities 17 of the mandrel 3 on both sides (as regards the height) of the coil 6 which is external relative to the mandrel.
  • At least one of the ferrofluidic joints is continuous along the circumference (circumference) of the mandrel to provide the sealing function.
  • the deformations of the mandrel are defined so as to obtain a restoring force proportional to the displacement of the spool.
  • these are either all together on the inner side of the mandrel, or all together on the outer side of the mandrel (it may however in a variant alternate the unilateral seals on each side of the mandrel).
  • the choice of the side of the placement of the unilateral seals may be related to the fact that the coil forms a protrusion on the mandrel and therefore that the mandrel will have to be further from the face bordering the free space facing the coil (coil side) for that the latter does not rub on said face and then place the joints on the other side (if the coil is external side of the mandrel, the joints will be internal side of the mandrel, as shown in Figure 2) and therefore in the free volume the less important.
  • the ferrofluid is arranged in the space where the volume is the smallest, for example FIG. 1, advantageously in the volume 13 rather than in the volume 14.
  • ferrofluid guidance can be achieved in a manner equivalent to two (or more) joints with a set of vertical joints preferably distributed equiangularly on the circumference of the mandrel, it is understood that the sealing function does not would be more present with these only vertical joints and that it is then necessary either to add a continuous circular seal, or to connect the vertical joints along the circumference.
  • An additional advantage of having vertical joints (or oblique or bypassed) in the case where the mandrel has a corresponding deformation at their levels, is to prevent a possible rotation of said mandrel about its axis of symmetry.
  • one or more circular seals are associated with vertical joints when they meet.
  • a circular joint can be both in a single horizontal plane that circumvented and then be arranged at different heights along the circumference. In all these cases, the means of confinement of the field are adapted to the shape / structure of the joint (s).
  • the mandrel may be covered with a non-wettable coating by the ferrofluid, (ferrofluidophobic coating).
  • the mandrel may be covered with a coating that can be wetted by the ferrofluid (the ferrofluid "hangs" on the mandrel), (ferrofluidophilic substance), in the parts where it is useful (especially at the bottom of the deformations of the mandrel serving for the return means).
  • the space between the coils appears recessed (it is the mandrel itself) with respect to the coils themselves and may possibly serve as a zone in which a ferrofluid seal can be confined.

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Abstract

L'invention concerne un transducteur (1 ) électrodynamique à membrane dôme (2) comportant un moteur électrodynamique avec une bobine (6) portée par un mandrin (3) solidaire de la membrane suspendue à une carcasse (7), la bobine étant placée dans un entrefer où peut se déplacer la bobine et délimité, vers le centre par une structure magnétique interne (4) et, vers la périphérie par une structure magnétique externe (5) dans lequel la suspension ne comporte ni suspension périphérique, ni suspension interne, le transducteur comporte au moins deux moyens de confinement (11 ) du champ magnétique dans l'entrefer pour formation avec un liquide ferromagnétique d'au moins deux joints ferrofluides (12, 13, 14) étages dans l'entrefer assurant au moins le guidage de la bobine et l'étanchéité pneumatique entre les faces avant et arrière de la membrane, au moins un des joints ferrofluides étant continu. Application aux haut-parleurs.

Description

Transducteur électrodynamique à dôme à suspension ferrofluide
La présente invention concerne un transducteur électrodynamique à dôme à suspension ferrofluide ainsi que ses applications aux haut-parleurs, géophones, microphones ou autres.
On connaît les haut-parleurs électrodynamiques axisymétriques à bobines mobiles générant des ondes acoustiques en fonction d'un courant. La bobine mobile portée par un mandrin est solidaire d'une membrane et il en existe deux grands types en fonction de la membrane mise en œuvre, les haut-parleurs à cône et ceux à dôme.
Le principe général de fonctionnement d'un haut-parleur est basé sur la possibilité de mettre en mouvement la bobine cylindrique parcourue par un courant électrique et placée dans un champ magnétique statique créé par un/des aimants permanents fixes annulaires ou cylindriques dont la direction d'aimantation est parallèle à l'axe de révolution du haut- parleur, une pluralité de pièces ferromagnétiques canalisant le champ magnétique pour l'amener radialement en regard de la bobine. L'entrefer est l'endroit où est placée la bobine et elle se déplace dans un espace libre entre des faces de structures magnétiques (générant et/ou canalisant un champ magnétique selon qu'elle comporte ou non un aimant) interne (vers l'axe central de symétrie du haut parleur) et externe (vers la périphérie du haut-parleur) par rapport au mandrin. Dans la suite on parlera de volume interne pour l'espace libre (comprenant la partie interne de l'entrefer) compris entre le mandrin et la structure magnétique interne et de volume externe pour l'espace libre (comprenant la partie externe de l'entrefer) compris entre le mandrin et la structure magnétique externe. Les structures magnétiques classiquement mises en œuvre dans ces haut-parleurs utilisent des pièces ferromagnétiques pour reboucler le champ magnétique de/des aimants afin qu'il puisse passer à travers la bobine dans cet entrefer. Un haut-parleur comporte enfin une structure rigide de maintient appelé saladier et permettant de maintenir ses éléments constitutifs dans des relations structurelles et fonctionnelles statiques et dynamiques définies.
Afin que la bobine soit correctement guidée dans l'entrefer, notamment qu'elle ne frotte pas sur les bords de l'espace libre vertical/l'entrefer, et qu'elle soit ramenée à une position de repos définie en l'absence de courant, des moyens de suspension à type de bord (entre la périphérie de membrane et le saladier) et « spider » (entre le mandrin portant la bobine ou la membrane et le saladier) sont mis en œuvre. Outre la fonction de double guidage, ces moyens de suspension assurent également une fonction d'étanchéité pneumatique (notamment le bord) entre les faces de la membrane, ce qui évite un court circuit acoustique entre les faces de la membrane et une fonction de rappel (le bord et le spider) de la bobine vers une position de repos définie.
Pour plus de précision sur la structure et le fonctionnement des haut-parleurs on pourra, par exemple, consulter le document « HIGH PERFORMANCE LOUDSPEAKERS » de Martin Colloms édité chez WILEY ISBN 0471 97091 3 PPC pour trouver des explications générales et exemples de haut-parleurs.
La présente invention propose de supprimer les moyens de suspension classiques des transducteurs et notamment du type bord et « spider » dans un haut-parleur (circulaire, voire elliptique) à dôme, la suspension étant assurée par mise en œuvre de joints ferrofluides entre le mandrin portant la bobine et les bords de l'espace libre vertical afin d'assurer au moins un double guidage de la bobine et une étanchéité pneumatique dans le transducteur.
L'invention concerne donc un transducteur électrodynamique à membrane comportant un moteur électrodynamique dans une carcasse et dans lequel une bobine portée par un mandrin solidaire de la membrane peut se déplacer, le mandrin étant une forme générée par une génératrice globalement linéaire, la bobine étant placée dans un entrefer d'un espace libre vertical où elle peut se déplacer et qui est délimité, vers le centre du transducteur par une structure magnétique interne (génère et/ou canalise le champ magnétique selon qu'elle comporte ou non un aimant) et, vers la périphérie du transducteur par une structure magnétique externe (génère et/ou canalise le champ magnétique selon qu'elle comporte ou non un aimant).
Selon l'invention, le transducteur ne comporte pas de suspension périphérique ni de suspension interne, la suspension périphérique étant une suspension entre la périphérie de la membrane et la carcasse, la suspension interne étant une suspension entre la membrane ou le mandrin et la carcasse, et le transducteur comporte au moins deux moyens de confinement du champ magnétique (dépendants/intégrés ou indépendants des structures magnétiques) dans l'espace libre vertical pour formation avec un liquide ferromagnétique d'au moins deux joints ferrofluides étages dans l'espace libre vertical assurant au moins un double guidage de la bobine et l'étanchéité pneumatique entre les faces avant et arrière de la membrane, au moins un des joints ferrofluides étant continu.
Dans divers modes de mise en œuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés :
- le transducteur est un géophone,
- le transducteur est un microphone,
- le transducteur est un haut-parleur, la membrane est un dôme, la carcasse est un saladier, la suspension périphérique est un bord et la suspension interne est un « spider »,
- le haut-parleur est à membrane (partie émissive) plane,
- le haut-parleur est à membrane (partie émissive) concave,
- le haut-parleur est à membrane (partie émissive) convexe, - le haut-parleur est à membrane (partie émissive) concave et convexe, (les deux à la fois dans des zones différentes)
- les moyens de confinement du champ magnétique sont dans la structure magnétique interne et/ou externe,
- les moyens de confinement du champ magnétique sont en dehors de la structure magnétique interne ou externe, (des dispositifs spécifiques sont donc ajoutés, une structure magnétique interne/externe traditionnelle peut donc être utilisée et un/des dispositifs spécifiques de confinement du champ magnétique ajoutés)
- au moins un des joints ferrofluides est discontinu le long du pourtour du mandrin,
- au moins un des joints ferrofluides est continu le long du pourtour du mandrin, (il est pneumatiquement étanche et permet d'isoler la partie arrière de la membrane de l'environnement et évite un court-circuit acoustique car la suspension périphérique de membrane, notamment à type de bord est absente)
- le fond de l'espace libre vertical coté opposé à la membrane (dôme) est fermé, (étanche à l'air et un joint ferrofluide continu unilatéral externe suffit alors à assurer l'étanchéité pneumatique de la face arrière de la membrane)
- le fond de l'espace libre vertical coté opposé à la membrane est ouvert (un joint continu unilatéral interne suffit alors à assurer l'étanchéité pneumatique de la face arrière de la membrane)
- les joints sont disposés en hauteur d'un même coté de la bobine ou des bobines, (soit tous au-dessus, soit tous en dessous)
- dans le cas de plusieurs bobines, au moins un des joints est au dessus ou en dessous de l'ensemble des bobines, (l'autre ou les autres joints peuvent être entre les bobines ou complètement de l'autre coté des bobines)
- avantageusement, les joints sont disposés en hauteur de part et d'autre de la bobine, (dans le cas de plusieurs bobines, on peut avoir deux joints extrêmes de part et d'autre de toutes les bobines et/ou des joints entre chaque bobine / groupes de bobines)
- au moins un des joints ferrofluides est unilatéral interne, le liquide ferromagnétique dudit joint étant disposé dans le volume interne, (le volume interne est à l'intérieur du mandrin porte bobine, le liquide ferromagnétique étant donc entre le mandrin et la structure magnétique interne)
- au moins un des joints ferrofluides est unilatéral externe, le liquide ferromagnétique dudit joint étant disposé dans le volume externe, (le volume externe est à l'extérieur du mandrin porte bobine, le liquide ferromagnétique étant donc entre le mandrin et la structure magnétique externe)
- au moins un des joints ferrofluides est bilatéral, le liquide ferromagnétique dudit joint étant disposé dans le volume externe et dans le volume interne sensiblement à la même hauteur pour un même joint bilatéral,
- le transducteur ne comporte que des joints ferrofluides unilatéraux, soit exclusivement externes, soit exclusivement internes,
- avantageusement les joints ferrofluides sont disposés dans l'espace où le volume est le plus réduit, (en pratique sur la face du mandrin qui ne porte pas la bobine)
- les joints ferrofluides sont unilatéraux externes, la bobine est disposée dans le volume interne sur la face interne du mandrin et lorsque les joints sont unilatéraux internes, la bobine est disposée dans le volume externe sur la face externe du mandrin,
- le transducteur comporte en outre un moyen de rappel de la bobine,
- le transducteur comporte en outre un moyen de rappel de la bobine choisi parmi un ou plusieurs des moyens suivants:
- charge de la membrane par un volume clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume clos; - charge de la membrane par un volume clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume clos qui comporte un dispositif de régulation de sa pression interne, notamment par régulation de la température de l'air contenu dans ledit volume clos ; (pour équilibrage des pressions entre le volume clos et l'environnement extérieur sur le long terme, avec une constante de temps longue par rapport aux fréquences à reproduire)
- charge de la membrane par un volume quasi-clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume quasi-clos, ledit volume quasi- clos comportant une fuite pneumatique minime (d'une manière générale : un moyen d'égalisation de pression à longue constante de temps) dont la constante de temps est très longue par rapport aux fréquences à reproduire, ladite fuite étant notamment sous forme de matière poreuse ou d'un orifice à très faible diamètre ou d'un tube fin (type tube capillaire ou aiguille) vers l'extérieur du transducteur;
- un moyen de rappel mécanique du type ressort ou matière élastique entre le dôme ou le mandrin et une partie fixe du transducteur ;
- un asservissement électronique de position de la bobine ;
- une configuration de la bobine et des structures magnétiques interne et externe telle qu'une force de rappel (recentrage) soit exercée sur la bobine par effet électromagnétique ; (par exemple : que la valeur de la self de la bobine soit maximale pour une position déterminée de la bobine le long de la hauteur de l'espace libre vertical, dans l'entrefer)
- une déformation du mandrin dans la zone du joint ferrofluide par rapport à la génératrice linéaire verticale balayant le mandrin, ladite déformation étendue le long du pourtour du mandrin étant définie de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine ;
- mise en œuvre en outre de segments de joints ferrofluides verticaux (voire obliques), chaque segment de joint vertical étant en relation avec une déformation le long d'un segment de génératrice verticale du mandrin (ou d'une oblique), les déformations verticales (ou obliques) étant définies de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine ;
- une/des déformations (générales ou locales) dans la zone des joints ferrofluides, notamment déformations le long de segments de génératrices verticales du mandrin, lesdites déformations étant définies de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine.
- le transducteur comporte deux joints ferrofluides unilatéraux internes dont au moins un continu, lesdits joints ferrofluides étant disposés dans des déformations concaves vues de l'intérieur du mandrin (les moyens de confinement du champ magnétique dans l'espace libre vertical sont donc disposés à ces niveaux), la bobine étant disposée sur la face externe du mandrin vers le volume externe (le ferrofluide étant donc avantageusement disposé dans le volume interne qui est beaucoup plus faible que le volume interne) et la membrane est chargée par un volume quasi-clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte axialement vers ledit volume quasi-clos disposé en arrière de la structure magnétique interne, ledit volume quasi-clos comportant une fuite pneumatique dont la constante de temps est très longue par rapport aux fréquences à reproduire par le transducteur, ladite fuite étant un orifice à très faible diamètre vers l'extérieur du transducteur,
- le transducteur est à mandrin circulaire,
- le transducteur est à mandrin elliptique. La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit d'une application à un haut-parleur et en relation avec les figures suivantes: la Figure 1 qui représente une coupe verticale passant par l'axe de symétrie antéro-postérieur d'un haut-parleur à dôme circulaire selon l'invention et avec plusieurs exemples de moyens de rappel de la bobine dont certains sont représentés en pointillés, la Figure 2 qui représente une coupe verticale passant par l'axe de symétrie antéro-postérieur d'une partie d'un haut- parleur à dôme circulaire selon l'invention avec un moyen de rappel de la bobine à type de conformation optimisée du mandrin support de bobine.
L'application aux haut-parleurs a montré sur un exemple de réalisation qu'il est possible d'obtenir des débattements de la bobine d'environ +/-6mm. Des débattements plus importants sont également possibles notamment avec des moyens de confinement du champ permettant une forte concentration du champ magnétique dans les zones de joints ferrofluides, le mandrin pouvant même coulisser sur les joints qui restent en place.
Outre l'amélioration de la dissipation thermique, le liquide ferromagnétique qui à naturellement tendance à se disposer dans des zones où le champ magnétique est le plus élevé (concentré) et/ou la variation de champ est la plus élevée, va pouvoir jouer le rôle de joint d'étanchéité pneumatique entre l'avant et l'arrière de la membrane s'il est continu et, dans tous les cas, va assurer le guidage en translation du mandrin dans l'espace libre vertical étant donné la suppression d'éléments de guidage mécaniques extérieurs du mandrin et de la membrane que sont les bords de membrane et/ou les « spiders ». Pour assurer ce rôle de guidage il est préférable qu'au moins deux joints ferrofluides (pour au minimum un double guidage) soient présents à différentes hauteurs le long du mandrin dans l'espace libre vertical et, de préférence, de part et d'autre de la/des bobines enroulées sur le mandrin. Dans des variantes, les joints ferrofluides peuvent être d'un seul coté de la bobine sur la hauteur (soit tous au-dessus, soit tous au-dessous), notamment dans le cas où le système de concentration de champ est distinct du moteur principal comme dans le cas de l'utilisation d'un moteur traditionnel et d'ajout de moyens de concentration de champ spécifiques sur ce moteur traditionnel.
Le moteur électrodynamique du haut-parleur 1 à dôme 2 de la Figure 1 avec sa bobine 6 et ses structures magnétiques externe 5 et interne 4 comporte donc des moyens 1 1 pour créer des concentrations de champ magnétique dans l'espace libre vertical à des niveaux (hauteurs) où l'on souhaite avoir des joints ferrofluides qui peuvent être bilatéraux ou unilatéraux interne(s) ou externe(s). De préférence, chaque joint ferrofluide est, le long du pourtour du mandrin, dans un plan propre unique perpendiculaire à l'axe de symétrie du mandrin comme représenté. Dans des alternatives/variantes, le joint le long du pourtour du mandrin peut dessiner une courbe contournée (sinusoïdale, triangulaire, frise carrée, rectangulaire...) et former un joint contourné. Dans ce dernier cas, étant donné qu'un même joint circule à différentes hauteurs long du pourtour du mandrin, un seul joint de ce type peut assurer un double guidage. Ces joints ferrofluides sont continus (au moins un) ou discontinus. En outre dans des variantes, des segments de joint verticaux ou obliques peuvent être mis en œuvre. Les moyens de confinement du champ sont adaptés en conséquence. On comprend que les parties sensiblement horizontales de joints dans des déformations du mandrin jouent un rôle prédominant de fonction de rappel, les parties (éventuelles) verticales ou obliques de joints dans des déformations du mandrin assurent un coulissement régulier du mandrin et une éventuelle fonction de rappel (selon la forme des déformations du mandrin notamment de leurs extrémités hautes et basses).
Sur la Figure 1 on a mis en œuvre deux joints bilatéraux 12 de part et d'autre du mandrin 3 porte bobine 6, chaque joint bilatéral 12 est formé d'une partie interne 13 dans le volume interne de l'espace libre vertical, coté structure magnétique interne 4, et d'une partie externe 14 dans le volume externe de l'espace libre vertical, coté structure magnétique externe 5. Le moteur est dans un saladier rigide dont on n'a représenté qu'une partie 7 vers l'avant avec des moyens de fixation à un support qui peut être une face d'une enceinte par exemple. Les structures magnétiques externe et interne peuvent être passive(s), c'est-à-dire ne comportant que des moyens de guidage d'un champ magnétique crée dans l'autre structure, ou peuvent être active(s), c'est-à-dire comportant un/des moyens générateurs de champ magnétique (un/des aimants anneau / pastille / composite / monobloc...), ou, encore, peuvent être mixte(s), c'est-à-dire combinant les deux types précédents (un/des moyens générateurs de champ magnétique et des moyens de guidage du champ magnétique).
Ainsi, en créant au moins deux zones de concentration de champ réparties sur la hauteur du mandrin, par exemple de part et d'autre de la bobine (ou des bobines/entre les bobines) on peut réaliser des joints de liquide ferromagnétique à différentes hauteurs du mandrin. Ces joints ferrofluides sont étendus horizontalement au minimum entre une des deux parois de l'espace libre vertical et la face correspondante du mandrin, formant un joint unilatéral, et au maximum, étendu à une même hauteur donnée, d'un coté, entre une première des deux parois de l'espace libre vertical et la face correspondante du mandrin, et de l'autre coté, entre l'autre face du mandrin et la seconde paroi de l'espace libre vertical, formant un joint bilatéral. On comprend que ces joints (au minimum deux étages le long du mandrin) assurent en eux-même un maintien et au minimum un double guidage du mandrin dans l'espace libre vertical (fonction de guidage).
Au moins un des joints ferrofluides doit être continu pour effectivement isoler pneumatiquement (fonction d'étanchéité) l'avant de l'arrière de la membrane, en l'espèce un dôme 2. Ainsi, grâce à ce joint continu sur la circonférence du mandrin (joint unilatéral ou bilatéral) la partie arrière du dôme (à l'intérieur du haut-parleur) est isolée pneumatiquement de la partie avant (en avant du dôme et qui correspond à l'environnement du haut-parleur). On comprend que le choix d'un joint bilatéral ou unilatéral et pour ce dernier de la position interne ou externe peut dépendre du fait que le fond de l'espace libre vertical est ouvert ou non vers l'extérieur : s'il est ouvert il sera alors nécessaire de disposer d'au moins un joint continu coté espace interne (joint unilatéral interne continu ou bilatéral puisque ce dernier comporte à la fois une partie interne et une partie externe).
Sur la Figure 1 on a également représenté des moyens possibles de rappel de la bobine vers une position prédéfinie (fonction de rappel) lorsqu'elle n'est plus excitée électriquement (ou suite à la suppression d'une contrainte externe accidentelle). On doit toutefois rappeler que certains des moyens de rappel possibles ne sont pas représentables graphiquement sur cette Figure simplifiée et c'est le cas de la mise en œuvre d'un asservissement électronique de position de la bobine ou d'une configuration de caractéristiques électrodynamiques particulières du moteur avec sa bobine (par exemple valeur de la self maximale à une certaine position de bobine).
Pour ce qui est des moyens de rappel visibles sur la figure 1 , on a :
- (en traits pleins) une mise en œuvre d'un volume clos en arrière de la membrane, donc pour charger le dôme, ce volume clos fermé par une paroi 9 est en l'espèce quasi-clos 8 car une fuite minime sous forme d'un orifice 10 a été réalisée. La constante de temps de l'orifice (temps nécessaire pour équilibrer les pressions entre les deux cotés de l'orifice) est très longue par rapport aux fréquences à reproduire par le haut-parleur. L'orifice présente donc un très faible diamètre ou peut être remplacé/complété par une matière poreuse ou par un tube fin (type tube capillaire ou aiguille). On peut noter que pour charger l'arrière du dôme avec ce volume quasi-clos disposé essentiellement en arrière du moteur, le cœur central du moteur est ouvert vers l'arrière du haut-parleur ;
- (en pointillés) une mise en œuvre d'un moyen de rappel mécanique du type ressort 15 entre le dôme 2 et la partie fixe centrale du moteur, en l'espèce la structure magnétique interne 4 ;
- (en pointillés) une mise en œuvre d'un moyen de rappel mécanique du type matière élastique entre le mandrin et une partie fixe du moteur, en l'espèce l'extrémité du mandrin au fond de l'espace libre vertical par la membrane élastique 16 percée.
On comprend que les moyens de rappel mécaniques peuvent être disposés à d'autres emplacements, par exemple la membrane percée de matière élastique disposée en arrière du dôme à la place du ressort. De plus, les moyens de rappel mécaniques doivent exercer des forces de rappel équilibrées sur le pourtour du mandrin/le dôme pour éviter que le guidage ne soit compromis et avantageusement mis en œuvre de façon à obtenir une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine.
Sur la Figure 2 on a représenté un autre exemple de moyen de rappel par optimisation de la forme du mandrin : la génératrice du mandrin n'est plus une droite verticale sur toute la hauteur du mandrin mais présente des concavités (convexité selon la face considérée) dans des zones dans lesquelles le ferrofluide sera disposé. Ainsi, deux joints ferrofluides unilatéraux internes 13 sont disposés dans des concavités 17 du mandrin 3 de part et d'autre (pour ce qui concerne la hauteur) de la bobine 6 qui est externe par rapport au mandrin. Au moins un des joints ferrofluides est continu le long du pourtour (circonférence) du mandrin afin d'assurer la fonction d'étanchéité. Les déformations du mandrin sont définies de façon à obtenir une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine.
Ces différents moyens de rappel peuvent être utilisés seuls ou être combinés dans un haut-parleur.
D'une manière générale et de préférence, dans le cas d'au moins deux joints unilatéraux, ceux-ci sont soit, ensembles tous du coté interne du mandrin, soit, ensembles tous du coté externe du mandrin (on peut cependant dans une variante alterner les joints unilatéraux de chaque coté du mandrin). Le choix du coté du placement des joints unilatéraux peut être lié au fait que la bobine forme une excroissance sur le mandrin et donc que le mandrin devra être plus éloigné de la face bordant l'espace libre en regard de la bobine (coté bobine) pour que cette dernière ne frotte pas sur ladite face et on place alors les joints de l'autre coté (si la bobine est coté externe du mandrin, les joints seront coté interne du mandrin, comme représenté Figure 2) et donc dans le volume libre le moins important. Ainsi, de manière avantageuse, le ferrofluide est disposé dans l'espace où le volume est le plus réduit, par exemple figure 1 , avantageusement dans le volume 13 plutôt que dans le volume 14.
On comprend que d'autres alternatives de réalisation sont possibles par combinaisons/suppressions/échanges de moyens décrits ou d'autres classiquement connus et, cela sans sortir du cadre général de l'invention. Ainsi, le guidage ferrofluide peut être réalisé d'une manière équivalente à deux (ou plus) joints avec un ensemble de joints verticaux répartis de préférence équiangulairement sur la circonférence du mandrin, on comprend alors que la fonction d'étanchéité ne serait plus présente avec ces seuls joints verticaux et qu'il est alors nécessaire soit d'ajouter un joint circulaire continu, soit de relier entre eux les joints verticaux le long de la circonférence. Un avantage supplémentaire de disposer de joints verticaux (ou obliques ou contournés) dans le cas où le mandrin présente une déformation correspondante à leurs niveaux, est d'empêcher une éventuelle rotation dudit mandrin autour de son axe de symétrie. Dans une variante un/des joints circulaires sont associés à des joints verticaux en se rejoignant. D'autre part un joint circulaire peut aussi bien être dans un plan unique horizontal que contourné et, alors, être disposé à des hauteurs différentes le long de la circonférence. Dans tous ces cas, les moyens de confinement du champ sont adaptés à la forme/structure du/des joints. Enfin, afin d'améliorer le coulissement du mandrin sur les joints ferrofluides dans des parties où cela est utile (notamment dans les déformations des segments de joint verticaux ou obliques), le mandrin peut être recouvert d'un revêtement non mouillable par le ferrofluide, (revêtement ferrofluidophobe). Par contre, afin d'améliorer la tenue du joint et la retenue/rappel du mandrin, le mandrin peut être recouvert d'un revêtement mouillable par le ferrofluide (le ferrofluide « s'accroche » sur le mandrin), (substance ferrofluidophile), dans les parties où cela est utile (notamment au fond des déformations du mandrin servant pour les moyens de rappel). Enfin, dans le cas de plusieurs bobines sur une même face du mandrin, l'espace entre les bobines apparaît en retrait (c'est le mandrin lui-même) par rapport aux bobines elles-mêmes et peut éventuellement servir de zone dans laquelle un joint ferrofluide peut être confiné.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Transducteur électrodynamique (1 ) à membrane (2) comportant un moteur électrodynamique dans une carcasse (7) et dans lequel une bobine (6) portée par un mandrin (3) solidaire de la membrane peut se déplacer, le mandrin étant une forme générée par une génératrice globalement linéaire, la bobine étant placée dans un entrefer d'un espace libre vertical où elle peut se déplacer et qui est délimité, vers le centre du transducteur par une structure magnétique interne (4) et, vers la périphérie du transducteur par une structure magnétique externe (5), caractérisé en ce que le transducteur ne comporte pas de suspension périphérique ni de suspension interne, la suspension périphérique étant une suspension entre la périphérie de la membrane et la carcasse, la suspension interne étant une suspension entre la membrane ou le mandrin et la carcasse, et en ce que le transducteur comporte au moins deux moyens de confinement (1 1 ) du champ magnétique dans l'espace libre vertical pour formation avec un liquide ferromagnétique d'au moins deux joints ferrofluides (12, 13, 14) étages dans l'espace libre vertical assurant au moins un double guidage de la bobine et l'étanchéité pneumatique entre les faces avant et arrière de la membrane, au moins un des joints ferrofluides étant continu.
2. Transducteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le transducteur est un haut-parleur, la membrane est un dôme, la carcasse est un saladier, la suspension périphérique est un bord et la suspension interne est un « spider ».
3. Transducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un des joints ferrofluides est unilatéral interne (13), le liquide ferromagnétique dudit joint étant disposé dans le volume interne.
4. Transducteur selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins un des joints ferrofluides est unilatéral externe (14), le liquide ferromagnétique dudit joint étant disposé dans le volume externe.
5. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des joints ferrofluides est bilatéral (12), le liquide ferromagnétique étant disposé dans le volume externe et dans le volume interne sensiblement à la même hauteur pour un même joint bilatéral.
6. Transducteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il ne comporte que des joints unilatéraux, soit exclusivement externes, soit exclusivement internes.
7. Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les joints sont unilatéraux externes, la bobine est disposée dans le volume interne sur la face interne du mandrin et que lorsque les joints sont unilatéraux internes, la bobine est disposée dans le volume externe sur la face externe du mandrin.
8. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de rappel de la bobine.
9. Transducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de rappel de la bobine choisi parmi un ou plusieurs des moyens suivants:
- charge de la membrane par un volume clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume clos;
- charge de la membrane par un volume clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume clos qui comporte un dispositif de régulation de sa pression interne, notamment par régulation de la température de l'air contenu dans ledit volume clos ; - charge de la membrane par un volume quasi-clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte vers ledit volume quasi-clos, ledit volume quasi-clos comportant une fuite pneumatique minime dont la constante de temps est très longue par rapport aux fréquences à reproduire, ladite fuite étant notamment sous forme de matière poreuse ou d'un orifice à très faible diamètre ou d'un tube fin vers l'extérieur du transducteur;
- un moyen de rappel mécanique du type ressort (15) ou matière élastique (16) entre le dôme ou le mandrin et une partie fixe du transducteur ;
- un asservissement électronique de position de la bobine ;
- une configuration de la bobine et des structures magnétiques interne et externe telle qu'une force de rappel soit exercée sur la bobine par effet électromagnétique ;
- une déformation (13) du mandrin dans la zone du joint ferrofluide par rapport à la génératrice linéaire verticale balayant le mandrin, ladite déformation étendue le long du pourtour du mandrin étant définie de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine ;
- mise en œuvre en outre de segments de joints ferrofluides verticaux, chaque segment de joint vertical étant en relation avec une déformation le long d'un segment de génératrice verticale du mandrin, les déformations verticales étant définies de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine ;
- une/des déformations dans la zone des joints ferrofluides, notamment déformations le long de segments de génératrices verticales du mandrin, lesdites déformations étant définies de façon à créer une force de rappel proportionnelle au déplacement de la bobine.
10. Transducteur selon les revendications 7 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux joints unilatéraux internes dont au moins un continu, lesdits joints étant disposés dans des déformations concaves vues de l'intérieur du mandrin, la bobine étant disposée sur la face externe du mandrin vers le volume externe et en ce que la membrane est chargée par un volume quasi-clos à l'arrière du dôme, la structure magnétique interne étant ouverte axialement vers ledit volume quasi-clos disposé en arrière de la structure magnétique interne, ledit volume quasi-clos comportant une fuite pneumatique dont la constante de temps est très longue par rapport aux fréquences à reproduire par le transducteur, ladite fuite étant un orifice à très faible diamètre vers l'extérieur du transducteur.
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