ITMC20080159A1 - Altoparlante magnetodinamico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“ALTOPARLANTE MAGNETODINAMICO”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un altoparlante magnetodinamico, cioè del tipo utilizzante un campo magnetico generato da un magnete permanente.

Come è noto un altoparlante è un trasduttore elettroacustico che converte un segnale elettrico in onde sonore. Generalmente il segnale elettrico è applicato ad una bobina immersa in un campo magnetico. Quindi il segnale elettrico genera una forza elettromagnetica in grado di far muovere la bobina che mette in vibrazione una membrana atta a generare onde acustiche.

In Fig. 1 viene illustrato in esploso un altoparlante magnetodinamico secondo la tecnica nota, indicato con il numero di riferimento (900). L’altoparlante (900) comprende un magnete permanente (901), generalmente ferrite, di forma toroidale che viene disposto tra una piastra polare inferiore (902) ed una piastra polare superiore (903). La piastra polare superiore (903) è toroidale come il magnete (901); mentre la piastra polare inferiore (902) presenta un nucleo (920) atto ad essere inserito con un certo gioco entro i fori del magnete e della piastra polare superiore, in modo da formare un’intercapedine d’aria toroidale, chiamata traferro.

La piastra polare superiore (903) viene fissata alla superficie inferiore di un cestello (904) provvista di un foro (940) a registro con il foro della piastra polare superiore (903). Una bobina (905) viene disposta in corrispondenza del nucleo (920) della piastra polare inferiore in modo da potersi muovere assialmente nel traferro.

La parte superiore della bobina mobile (905) viene fissata alla parte centrale (960) di una membrana (906) generalmente di forma conica. La parte centrale della membrana viene ricoperta da una cupola copri-polvere (907). La parte periferica (961) della membrana viene fissata alla cornice periferica (941) del cestello. In questo modo il movimento alternato della bobina (905) nel traferro mette in vibrazione la membrana (906) che emette il suono.

Per questioni di efficienza e di ingombro, lo spazio tra la superficie esterna della bobina (905) e la superficie interna della piastra (903) deve essere minore possibile. Tuttavia se la bobina va a contatto con la piastra (903) o con il nucleo (920) si verificano distorsioni del segnale sonoro. Conseguentemente il movimento assiale della bobina (905) nel traferro deve essere perfettamente centrato. A tale scopo sono noti centratori (908) nella forma di elementi discoidali con un foro centrale, che vengono disposti sul fondo del cestello (904) per mantenere la bobina in asse durante il suo movimento assiale.

Un tale tipo di altoparlante presenta diversi inconvenienti, dovuti soprattutto ad un ingombro notevole e a una certa complessità costruttiva, poiché la bobina deve essere perfettamente centrata nel traferro.

Per risolvere almeno in parte il problema dell’ingombro è nota una soluzione, come quella descritta in US 5.452.366, che prevede di utilizzare una coppia sovrapposta di magneti permanenti. In questo caso la bobina mobile ha una forma anulare e viene disposta all’esterno dei magneti sovrapposti, in modo da compiere corse alternate senza limiti meccanici.

Tuttavia anche in questo caso la corsa della bobina deve essere perfettamente centrata rispetto ai magneti sovrapposti. Pertanto permangono le complessità costruttive che richiedono un perfetto centraggio della bobina, mediante centratori ed un perfetto montaggio della membrana.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un altoparlante magnetodinamico che sia in grado di garantire un ingombro limitato.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale altoparlante che sia economico e di semplice realizzazione. Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

L’altoparlante magnetodinamico secondo l’invenzione comprende:

- due magneti sovrapposti con polarità contrapposte in modo da generare un campo magnetico,

- una bobina mobile immersa in detto campo magnetico generato dai due magneti, e

- una membrana collegata a detta bobina mobile per essere messa in vibrazione ed emettere onde sonore.

La bobina mobile è disposta tra i due magneti in modo da potersi muovere liberamente con una corsa assiale limitata dai due magneti.

Appaiono evidenti i vantaggi dell’altoparlante secondo l’invenzione. Infatti un tale altoparlante, grazie alla disposizione della bobina tra i magneti ha dimensioni, ingombro e peso contenuti.

Inoltre l’altoparlante secondo l’invenzione garantisce una bassa distorsione, grazie al fatto che sia il campo di induzione magnetica tra i due magneti che l’induttanza della bobina mobile durante il suo spostamento si mantengono quasi costanti.

Bisogna considerare inoltre che l’altoparlante secondo l’invenzione non prevede un traferro toroidale, come gli altoparlanti noti. Pertanto non è necessario un accurato centraggio della bobina rispetto ai magneti. Questo consente di ancorare il bordo della membrana al telaio dell’altoparlante, in modo molto veloce, con una semplice sospensione elastica, senza utilizzare adesivi ed accurati sistemi di centratura come insegna la tecnica nota.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista in prospettiva illustrante in esploso i vari componenti di un altoparlante secondo la tecnica nota; la Fig. 2 è una vista schematica del motore dell’altoparlante secondo l’invenzione;

la Fig. 3 è una vista schematica in prospettiva, illustrante le linee di flusso magnetico generate dai magneti di Fig. 2; la Fig. 4 è una vista schematica in sezione di una prima forma di realizzazione di un altoparlante piatto secondo l’invenzione;

la Fig. 5 è una vista in prospettiva illustrante una possibile realizzazione pratica dell’altoparlante di Fig. 4;

la Fig. 6 è una vista laterale dell’altoparlante di Fig. 5; la Fig. 7 è una vista schematica in sezione trasversale illustrante una seconda forma di realizzazione di un altoparlante piatto secondo l’invenzione;

la Fig. 8 è una vista schematica in sezione illustrante una variante dell’altoparlante di Fig. 7;

la Fig. 9 è una vista in sezione, presa lungo il piano di sezione IX-IX di Fig. 8; e

la Fig. 10 è una vista schematica in sezione illustrante un altoparlante secondo l’invenzione, provvisto di membrana conica.

Con l’ausilio delle figure 2 – 10, viene descritto l’altoparlante secondo l’invenzione.

Per ora con riferimento a Fig. 2, il motore dell’altoparlante secondo l’invenzione comprende due magneti permanenti (M1) ed (M2) disposti ad una certa distanza tra loro, in modo da lasciare uno spazio libero (V). Una bobina L fissata ad una membrana (2) viene disposta nello spazio (V) tra i due magneti in modo da potersi muovere liberamente, mettendo in vibrazione la membrana (2) che emette il suono.

I due magneti (M1, M2) sono mantenuti in posizione distanziata stabile, mediante rispettive staffe solidali al telaio dell’altoparlante o mediante un perno assiale. Invece la membrana (2) viene fissata al telaio dell’altoparlante mediante sospensioni elastiche, come sarà descritto in seguito.

Come mostrato in Fig. 3, i magneti (M1, M2) sono disposti con polarità uguali contrapposte in modo che nello spazio (V) si generi un campo di induzione magnetica (B) radiale rispetto all’asse della bobina (L). Negli esempi delle figure i magneti (M1, M2) sono stati illustrati con i poli nord (N) contrapposti, tuttavia essi possono essere disposti con i poli sud (S) contrapposti. Con tale disposizione dei magneti (M1, M2) si genera un campo di induzione magnetica (B), quasi costante, in una regione dello spazio (V) in cui la bobina (L) è vincolata a muoversi. In questo modo vengono minimizzate le distorsioni dell’altoparlante.

Per assicurare un flusso magnetico radiale (B), preferibilmente i magneti (M1, M2) hanno una forma circolare, a disco o ad anello, e vengono disposti in modo coassiale. Per canalizzare le linee di flusso magnetico (B) nello spazio (V) dove è disposta la bobina (L), possono essere previste parti ferromagnetiche tra i due magneti (M1, M2) o all’esterno di essi.

Il volume (V) tra i due magneti (M1, M2) può contenere un materiale spugnoso atto a generare sia un elemento di centraggio della bobina che un sistema elastico smorzante, quando è collegato alla regione della membrana (2) contenuta tra i due magneti. Tale materiale può avere anche caratteristiche magnetiche per incrementare l’efficienza del trasduttore. In alternativa al materiale spugnoso, possono essere impiegate delle molle.

La membrana (2) può essere un qualsiasi tipo di membrana nota per applicazioni in altoparlanti. La membrana (2) può avere una qualsiasi forma piana, ad esempio quadrata, rettangolare o circolare, oppure una forma troncoconica come sarà illustrato in seguito. Lo spessore e la densità della membrana (2) può essere costante o variabile. (Un esempio di membrana piana con spessore non costante, è descritto nel brevetto US 5.668.886)

La bobina (L) è di forma circolare ed è costituita da un avvolgimento di spire, eventualmente avvolte attorno ad un’anima di forma anulare o discoidale. L’anima della bobina può essere realizzata in materiale ferromagnetico per massimizzare il campo magnetico della bobina. Tuttavia, per migliorare la dissipazione termica della bobina, nell’anima in aggiunta o in sostituzione del materiale ferromagnetico si può utilizzare un materiale ad alta conducibilità termica.

La bobina (L) è disposta coassialmente rispetto ai magneti (M1, M2), ed il loro asse può anche non coincidere con quello della membrana . Il diametro esterno della bobina (L) può essere maggiore rispetto al diametro dei magneti. Nel caso di bobina anulare, il suo diametro interno deve essere inferiore rispetto al diametro dei magneti, in modo che almeno parte della bobina sia contenuta nello spazio (V) tra i due magneti. Quindi la bobina (L) durante il suo movimento non può uscire al di là dei magneti (M1, M2), poiché va in battuta contro di essi.

La bobina (L) viene fissata alla membrana (2) mediante incollaggio. Preferibilmente nella membrana (2) viene ricavata una scanalatura entro la quale viene incollata la bobina (L). Vantaggiosamente lo spessore della membrana (2) deve essere leggermente maggiore rispetto allo spessore della bobina (L), in modo che la bobina possa essere incassata nella scanalatura della membrana senza generare superfici sporgenti rispetto alla membrana (2). Chiaramente la bobina (L) può anche essere totalmente annegata nella membrana (2). Inoltre la bobina può anche essere incollata al perimetro di un foro circolare ricavato nella membrana.

In Fig. 4 viene illustrata una prima forma di realizzazione di un altoparlante piatto secondo l’invenzione. I magneti (M1, M2) sono fissati a rispettive staffe (3, 4) rese solidali ad un telaio perimetrale (5) dell’altoparlante. La membrana (2) è collegata al telaio perimetrale (5) mediante sospensioni elastiche (6). In una staffa (3) è previsto un connettore elettrico (7) collegato ad un cavo di alimentazione elettrica (8) che conduce alla bobina (L). Chiaramente il connettore (7) si può montare anche nel telaio (5).

Opzionalmente l’altoparlante (1) può prevedere un centratore (9) collegato alla membrana (2) che viene calzato sul magnete (M2) per centrare la bobina (L) rispetto ai magneti (M1, M2), e per costituire un secondo elemento di sospensione elastica.

Nelle Figg. 5 e 6 viene illustrata una realizzazione pratica, dell’altoparlante (1), in cui è stato omesso il centratore (9). In questo caso il telaio (5) è costituito da due cornici rettangolari imbullonate tra loro, in modo da comprimere a sandwich le sospensioni elastiche (6) disposte lungo il bordo della membrana (2). I magneti (M1, M2) sono fissati alle staffe (3, 4), mediante incollaggio, saldatura o opportuni mezzi di fissaggio meccanici. Le staffe (3, 4) sono imbullonate alle cornici del telaio (5).

In seguito elementi uguali o corrispondenti a quelli già descritti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento e viene omessa la loro descrizione dettagliata.

In Fig. 7 viene illustrato un altoparlante (100) secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione. Nell’altoparlante (100), il magnete permanente (M2) anziché essere fissato ad una staffa è fissato assialmente ad un perno distanziatore (101) che attraversa assialmente il magnete (M1) e viene fissato alla staffa/cestello (3). Il perno (101) può anche essere fissato al magnete (M1) che è solidale alla staffa (3).

In questo caso, se la bobina (L) è supportata interamente dalla membrana (2) o prevede un disco che si estende anche nella zona assiale della bobina, la membrana (2) o il disco della bobina deve prevedere un foro centrale (20) che consente il passaggio del perno (101).

Nella configurazione più generale il perno (101), può essere sostituito da un distanziale, di forma e dimensioni opportune, coassiale ai magneti (M1, M2) e ad essi ancorato. Il materiale del distanziale può anche essere ferromagnetico e la forma e le dimensioni, in questo caso, possono essere ottimizzate per aumentare l’efficienza del trasduttore e rendere maggiormente costante l’induzione magnetica (B) nella regione di spostamento della bobina. Il foro (20) viene dimensionato per consentire il movimento della membrana (2) senza attriti ed interferenze.

Nelle Figg. 8 e 9 viene illustrata una variante dell’altoparlante (100) secondo la seconda forma di realizzazione. In questa variante, la bobina (L) ha una forma anulare e ad essa sono collegati i bracci elastici radiali (102) di una molla piana che si collegano ad un collare (103) ancorato nella mezzeria del perno (101).

La molla piana costituisce un secondo elemento di sospensione elastica e può anche essere costituita di materiale ferromagnetico per incrementare l’efficienza del trasduttore.

Nelle forme di realizzazione delle Figg. 4 – 9 è stata illustrata una membrana (2) di forma planare; tuttavia l’invenzione si estende anche ad una membrana di tipo conico.

In Fig. 10 viene illustrato un altoparlante (200) secondo una terza forma di realizzazione dell’invenzione, in cui viene utilizzata una membrana conica (202) ed un cestello troncoconico (203).

In questo caso, la bobina (L) viene fissata sul fondo della membrana conica (202). Il primo magnete (M1) viene fissato sul fondo del cestello (203). Il bordo periferico della membrana (202) viene fissato alla cornice periferica del cestello, mediante sospensioni elastiche (6). Il secondo magnete (M2) viene fissato ad una staffa (4) che viene vincolata alla cornice del cestello (203). Un centratore (209) viene fissato alla parete inferiore del cestello (203) e centrato sulla bobina (L) disposta nella parte inferiore della membrana (202).

Chiaramente il secondo magnete (M2) può essere tenuto in posizione mediante il perno assiale (101) illustrato nelle Figg. 7 – 9.

Anche se nella descrizione dettagliata si è fatto specifico riferimento a magneti permanenti, per applicazioni industriali gravose, (alte temperature che possono causare la smagnetizzazione dei magneti) o per necessità di incrementare l’efficienza del trasduttore, al posto dei magneti permanenti si possono utilizzare elettromagneti.

Inoltre anche se nelle figure sono stati schematizzati magneti (M1, M2) e bobina (L) aventi in pianta una forma circolare, sia i magneti che la bobina possono avere in pianta altre forme, tipo rettangolo, ellisse, poligoni o altre figure piane con due assi di simmetria.

Nel caso di altoparlante con membrana piana, il numero di bobine e delle corrispondenti coppie di magneti, può variare in funzione della necessità di ottimizzare le prestazioni di efficienza, tenuta in potenza e linearità di risposta, nonché avere la possibilità di realizzare un sistema multi canale.

Le bobine e le coppie di magneti vengono disposte convenientemente su differenti punti e possono essere collocate sia da un lato che dall’altro della membrana.

Nel caso di membrane coniche, si può ottenere un sistema multi canale, montando le bobine sovrapposte e coassiali con i magneti e collocandole sul fondo della membrana conica (202).

Alle presenti forme di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1. Altoparlante magnetodinamico (1; 100; 200) comprendente: - due magneti sovrapposti (M1, M2) con polarità contrapposte in modo da generare un campo magnetico (B), - una bobina mobile (L) immersa in detto campo magnetico (B) generato dai due magneti (M1, M2), e - una membrana (2; 202) collegata a detta bobina mobile (L) per essere messa in vibrazione ed emettere onde sonore, caratterizzato da fatto che detta bobina mobile (L) è disposta tra i due magneti (M1, M2) in modo da potersi muovere liberamente con una corsa assiale limitata dai due magneti (M1, M2).
2. 2. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti magneti (M1, M2) sono bloccati in posizione ad una distanza fissa tra loro, in modo da lasciare uno spazio (V) in cui è disposta detta bobina mobile (L).
3. 3. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti magneti (M1, M2) hanno una forma sostanzialmente circolare in modo da generare un campo magnetico radiale (B).
4. 4. Altoparlante (1; 100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta bobina mobile (L) ha una forma sostanzialmente circolare ed è disposta sostanzialmente coassiale rispetto ai magneti (M1, M2).
5. 5. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta bobina (L) ha una forma anulare e presenta un diametro interno minore rispetto al diametro esterno di detti magneti.
6. 6. Altoparlante (1; 100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere parti ferromagnetiche tra i due magneti (M1, M2) o all’esterno di essi per canalizzare le linee di flusso magnetico (B) nello spazio (V) dove è disposta la bobina (L).
7. 7. Altoparlante (1; 100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tra i due magneti (M1, M2) è disposto materiale ammortizzante atto a generare sia un elemento di centraggio della bobina che un sistema elastico smorzante, quando è collegato alla regione della membrana (2) contenuta tra i due magneti.
8. 8. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto materiale ammortizzante ha caratteristiche magnetiche, per incrementare l’efficienza del trasduttore.
9. 9. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale ammortizzante è un materiale spugnoso.
10. 10. Altoparlante (1; 100; 200) secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale ammortizzante sono delle molle elastiche.
11. 11. Altoparlante (1; 100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta bobina (L) è incollata in una scanalatura ricavata in detta membrana (2).
12. 12. Altoparlante (1; 100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che detta bobina (L) è annegata in detta membrana (2).
13. 13. Altoparlante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti magneti (M1, M2) sono fissati a rispettive staffe (3, 4) collegate al telaio (5) dell’altoparlante.
14. 14. Altoparlante (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che almeno uno (M2) di detti magneti (M1, M2) è fissato ad un perno (101) che lo mantiene distanziato dall’altro magnete (M1) e nella regione all’interno della bobina (L) è previsto un foro (20) per il passaggio di detto perno (101).
15. 15. Altoparlante (100) secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta bobina (L) è collegata mediante i bracci elastici (102) di una molla piana ad un collare (103) ancorato nella mezzeria di detto perno distanziatore (101).
16. 16. Altoparlante (1; 100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta membrana (2) è piana.
17. 17. Altoparlante (1; 100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che detta membrana (2) ha sezione e densità non costante.
18. 18. Altoparlante (1; 100) secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto di comprendere un centratore (9) fissato a detta membrana (2) e centrato su un magnete (M2).
19. 19. Altoparlante (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che detta membrana (202) è conica, di profilo qualsiasi e la bobina (L) viene disposta nella parte inferiore della membrana.
20. 20. Altoparlante (200) secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto di comprendere un cestello troncoconico (203) in cui un magnete (M1) è disposto sul fondo del cestello (203) e detta membrana conica (202) è collegata alla cornice periferica del cestello, mediante sospensioni elastiche (6).
21. 21. Altoparlante (200) secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto di comprendere un centratore (209) fissato alla parete inferiore del cestello (203) e centrato sulla bobina (L) disposta nella parte inferiore della membrana (202).