Haut-parieur inductif à double flux magnétique axial
Demande correspondante La présente demande revendique la priorité de la demande antérieure nationale Suisse N°CH 00425/20 déposée le 8 avril 2020 au nom de Michel OLTRAMARE, le contenu de cette demande antérieure étant incorporé par référence en son entier dans la présente demande. Domaine technique
La présente invention concerne les dispositifs à moteur inductif comprenant au moins une bobine fixe, un induit mobile, et des aimants. Un tel dispositif peut former par exemple un haut-parleur inductif.
Plus précisément, la présente invention concerne les moyens de mettre en mouvement la membrane d’un haut-parleur inductif.
Technique antérieure
Les membranes de haut-parleurs travaillant dans les fréquences basses et médiums, sont en général mises en mouvement par un actionneur ou moteur. Il existe principalement deux types d’actionneurs pour haut-parleur, les actionneurs les plus utilisés, avec une bobine mobile reliée à la membrane, dits « voicecoil » et les actionneurs à induction, avec bobine et aimants fixes, et induit mobile fixé à la membrane.
De nombreux brevets traitent de la réalisation de moteur inductifs avec bobine fixe : US2621261A, US4965839A, US5062140A, US5742696A, US6359996B1, US6542617B1 ou encore US8009857B2. Ces brevets mentionnent tous des actionneurs à flux magnétiques radiaux, avec des aimants placés tout autour d'un noyau central.
D'autres brevets mentionnent des systèmes audio comprenant deux aimants et créant un flux magnétique axial : CN105491491A, CN109195077A,
KR20140091365A, KR20180085393A, US2010054501 A1, US2015271605A1, US2018206040A1 , W02013013502A1, W02017028034A1. Cependant aucune de ces inventions n’a adapté ce système de flux magnétique axial à un système inductif.
Sur les haut-parleurs inductifs classiques, comme décrit dans le brevet US8009857B2, les aimants sont placés de manière radiale à l'intérieur ou l’extérieur d’un espace d’air magnétique où se déplace l’induit. Ainsi disposés, les aimants créent un unique champ magnétique présent sur toute la circonférence de l’actionneur. Le champ magnétique étant généré par les aimants, une bonne qualité d’aimant est préférable. Cependant, plus l’aimant est fortement magnétique, plus sa température de Curie, c'est-à-dire la température à laquelle il se démagnétise, est basse. Or la température au cœur d’un haut- parleur a tendance à s’élever rapidement. Bien que certains brevets proposent des solutions pour refroidir les haut-parieurs : GB1348535A, JPH03239099A, JPS5586288A, JPS56161798A, JPS59216394A ou encore la demande PCT /I B2020/050963 déposée le 6 février 2020 au nom de M. Michel OLTRAMARE, il est nécessaire de faire un compromis sur la puissance de l’aimant en fonction de la température maximale de son environnement.
Le champ magnétique couplé à un champ électrique variable (fouri par la bobine) crée une force dans l’induit, le mettant ainsi en mouvement, tout comme la membrane. Plus cette force est importante, et plus l’induit se déplacera rapidement, augmentant ainsi la sensibilité du haut-parleur.
La force de déplacement de l’induit, et donc la sensibilité du haut-parleur, étant liées au champ magnétique, lui-même lié à la composition de l’aimant, la limite physique est rapidement atteinte.
Exposé de l'invention
La présente invention à pour but d'améliorer les systèmes connus, notamment, mais non exclusivement, les haut-parleurs.
La présente invention permet de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus liés au champ magnétique et propose de réaliser un système à induction à double flux magnétiques axial.
Dans ce but, le dispositif comme un haut-parleur, tel que défini en préambule, est notamment caractérisé en ce qu’il possède un moteur comprenant deux sources de champs magnétiques, placées axialement de part et d'autre d’un noyau central. Ces sources de champs magnétiques peuvent être des aimants permanents annulaires, ou d’autres formes d’aimants bipolaires permanents tels que des disques ou des portions d’anneau. Leurs pôles sont alignés de façon axiale avec le noyau, mais leurs polarités sont opposées. Les champs magnétiques générés par ces aimants sont guidés par le noyau central d’une part et, d’autre part, par une ou plusieurs pièces ayant une bonne conductivité magnétique et venant boucler le circuit magnétique. Entre l’ensemble comportant le noyau et les deux aimants, et l’ensemble de pièces fermant le champ magnétique, se trouve un induit, attaché à la membrane du haut-parleur, et une bobine fixe, alimentée en courant alternatif à fréquence variable, créant un champ magnétique variable. Ce champ magnétique crée des courants de Foucault dans l’induit. Ces courants de Foucault associés au champ magnétique généré par les aimants appliquent une force sur l’induit qui se déplace alors avec la membrane, ce qui produit une onde sonore.
En étant positionné de la sorte, chaque aimant va créer son propre champ magnétique. De cette façon, le champ magnétique total généré dans le haut- parleur est doublé au niveau de l’induit comparé à un haut-parleur à induction
classique. Ce double champ magnétique augmente la force générée sur l'induit, et améliore ainsi la sensibilité du haut-parleur.
En doublant les aimants, on augmente l’intensité du champ magnétique sans modifier la composition de l’aimant, et sans avoir à augmenter le courant dans la bobine. Si le courant dans la bobine reste le même, la température dans le moteur ne change pas. Si la composition de l’aimant reste la même, la température de Curie ne change pas, et la température maximale admissible à l’intérieur du haut-parleur reste également identique.
On évite ainsi un compromis entre la température de fonctionnement du haut- parieur et la qualité des aimants.
Dans des modes d'exécution la présente invention concerne un dispositif à moteur inductif comprenant une bobine fixe, un induit mobile dans un espace d'air magnétique, un noyau central , et il comprend au moins deux sources magnétiques disposées axialement de part et d’autre du noyau central.
Dans des modes d'exécution les sources magnétiques sont opposées, créant ainsi deux champs magnétiques séparés.
Dans des modes d'exécution au moins une des sources magnétiques comprend un ou plusieurs aimants permanents bipolaires annulaires.
Dans des modes d'exécution au moins une des sources magnétiques comprend un ou plusieurs aimants permanents bipolaires sous forme de disque.
Dans des modes d'exécution au moins une des sources magnétiques comprend un ou plusieurs aimants permanents bipolaires sous forme de portions d’anneau.
Dans des modes d'exécution le haut-parleur comprend au moins un dispositif tel que décrit dans la présente demande.
Dans des modes d'exécution le haut-parleur comprend au moins une membrane liée à l'induit et mise en mouvement par l'induit
Dans des modes d'exécution le haut-parleur comprend un saladier auquel est fixée la membrane et un carter fixant le dispositif à moteur inductif au saladier. Dans des modes d'exécution, l'invention concerne un procédé de déplacement d'un objet au moyen d'un dispositif à moteur inductif tel que décrit dans la présente demande.
Dans des modes d'exécution l'objet déplacé par le dispositif à moteur inductif est une membrane, par exemple la membrane d'un haut-parleur.
Description sommaire des dessins
La présente invention et ses avantages apparaîtront dans la description ci- dessous, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente une vue en coupe et perspective du moteur du haut- parleur comprenant le système d’induction à double flux magnétique axial selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 2 représente une vue en coupe du haut-parleur comprenant le moteur avec le système d’induction à double flux magnétiques axial selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 3 représente une vue en coupe et perspective du haut-parleur comprenant le moteur avec le système d’induction à double flux magnétiques axial selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 4 représente une vue éclatée du haut-parieur, montrant l’ensemble des composants du moteur et du haut-parleur selon un mode d'exécution de l’invention,
La figure 5 représente une vue en coupe du moteur avec système à induction à double flux magnétiques axial, et une représentation des champs magnétiques modélisé par des flèches selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 6a représente un aimant de forme annulaire selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 6b représente un aimant en forme de portions d’anneau selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 6c représente un aimant en forme de disque selon un mode d'exécution de l’invention,
La figure 7a représente une vue en coupe et perspective du haut-parleur comprenant le moteur inductif composé d’aimants annulaires selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 7b représente une vue en coupe et perspective du haut-parleur comprenant le moteur inductif composé d’aimants en portions d’anneau selon un mode d’exécution de l’invention,
La figure 7c représente une vue en coupe et perspective du haut-parleur comprenant le moteur inductif composé d’aimants en forme de disques selon un mode d’exécution de l’invention.
Description détaillée de modes d’exécution non-limitatifs de l’invention
En référence aux figures, le moteur inductif 10 du haut-parleur 20 comprend un noyau 2, un bol 3b et un carter inférieur 3a tous trois formés d'un matériau magnétiquement conducteur, de préférence de l’acier ou un autre matériau équivalent; une bobine fixe 5 montée à l’intérieur dudit bol 3b et alimentée par un courant alteratif ; deux aimants permanents 1a, 1b, formés d’un matériau fortement magnétique, de préférence du neodyme, un aimant supérieur 1a ayant une face nord 11a et une face sud 11b, et un aimant inférieur 1b ayant une face nord 12a et une face sud 12b. Ledit moteur inductif 10 peut être équipé de différentes formes d’aimants, comme des aimants annulaires 1a et 1b représentés dans les figures 6a et 7a, des aimants en forme de portions d’anneau tels que les aimants supérieurs en forme de portions d’anneau 1c et les aimants inférieurs en forme de portions d’anneau 1d représentés dans les figures 6b et 7b, ou encore des aimants en forme de disques tels que l’aimant supérieur en forme de disque 1 e et l’aimant inférieur en forme de disque 1f représentés dans les figures 6c et 7c. Ces exemples ne sont pas limitatifs mais illustratifs et d'autres formes équivalentes sont possibles.
Lesdits aimants sont montés de façon à avoir leurs dites faces nord, respectivement 11a et 12a en contact avec ledit noyau 2, ladite face sud de l’aimant supérieur 11b en contact avec ledit bol 3b et ladite face sud de l’aimant inférieur 12b en contact avec ledit carter inférieur 3a, de manière à former entre ledit noyau 2, ledit aimant supérieur 1a, ledit aimant inférieur 1b, ledit bol 3b, ledit carter inférieur 3a et ladite bobine fixe 5, un espace d’air magnétique 6. Dans ledit espace d’air magnétique 6 est monté un induit 4 constitué d’un matériau conducteur, de préférence de l’aluminium, et relié à une membrane 7 de haut- parieur. Le système de fixation pour lier la membrane 7 à l'induit 4 peut comprendre par exemple des pattes 21 de l'induit 4 qui se fixent à des plots 22 de la membrane. D'autres moyens de fixation équivalents sont possibles par exemple le collage de l'induit 4 à la membrane 7, une pièce de couplage supplémentaire, clipsage etc.
L’ensemble dudit haut-parleur 20 illustré dans la figure 2 comprend ledit moteur inductif 10, ladite membrane 7 fixée au saladier 8a, et un carter haut-parleur 8b venant fixer ledit moteur 10 avec ledit saladier 8a. Lesdits aimants 1 a et 1 b peuvent également être montés de manières opposées, avec respectivement lesdites faces sud 11b et 12b en contact avec ledit noyau 2, sans que le principe de fonctionnement dudit moteur inductif 10 ne soit altéré, dans une construction équivalente. Lesdits aimants annulaires 1a et 1b peuvent être remplacés par des aimants en formes de portions d’anneau 1c et 1d ou en forme de disque 1e et 1f tels qu'illustrés dans la présente demande.
En référence à la figure 5, lesdits aimants supérieurs 1a et inférieurs 1b, sont positionnés de telle sorte que leurs pôles en contact avec ledit noyau 2 soient les mêmes. Lesdits aimants supérieur et inférieur 1a et 1b créent deux champs magnétiques distincts : un champ magnétique supérieur 9a et un champ magnétique inférieur 9b. Ledit champ magnétique supérieur 9a généré par ledit aimant supérieur 1a traverse dans un premier temps ledit noyau 2, puis ledit espace d'air magnétique 6 de l’intérieur vers l’extérieur pour interagir avec ledit induit 4. Il revient ensuite à ladite face sud 11b dudit aimant supérieur 1a au travers de ladite bobine fixe 5 et dudit bol 3b. Ledit champ magnétique inférieur 9b, généré par ledit aimant inférieur 1b traverse dans un premier temps ledit noyau 2, puis ledit espace d’air magnétique 6, de l’intérieur vers l’extérieur. Il interagit également avec ledit induit 4, pour enfin revenir à ladite face sud 12b dudit aimant inférieur 1b par le biais de ladite bobine fixe 5 dudit bol 3b et dudit carter inférieur 3a. Ainsi dans ledit espace d’air magnétique 6, et notamment au niveau dudit induit 4, lesdits champs magnétiques 9a et 9b ont la même direction et le même sens, ce qui représente une intensité magnétique doublée par rapport à un système à induction classique avec un flux magnétique unique et radial.
Lesdits champs magnétiques 9a et 9b, couplés au champ électrique généré par ladite bobine fixe 5, créent une force dans ledit induit 4. Cette force met en mouvement ledit induit 4, lié à ladite membrane 7 par exemple par les moyens 21, 22 décrits ci-dessus.
Ainsi, en augmentant l'intensité du champ magnétique perçu au niveau dudit induit 4, on augmente la force appliquée sur ledit induit 4, et donc les performances dudit haut-parleur 20. Les modes d’exécution décrits le sont à titre d’exemples illustratifs et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D’autres modes d’exécution peuvent faire appel à des moyens équivalents à ceux décrits par exemple. Les modes d’exécution peuvent également être combinés entre eux en fonction des circonstances, ou des moyens utilisés dans un mode peuvent être utilisés dans un autre mode.