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Spécial “ Electroacoustique ”
21
Acoustique
&
Techniques n° 52
Haut-parleurs électrodynamiques : défauts des moteurs classiques, performances des moteurs sans fer
flux magnétique créé est canalisé par les pièces en fer
et traverse l’entrefer dans lequel on mettra la bobine.
Toutefois, une partie importante du flux de l’aimant se
referme à l’extérieur du moteur, on parle de flux de fuite.
Ce flux est «perdu» pour le fonctionnement du moteur,
et éventuellement gênant pour l’environnement du haut-
parleur. Les écrans cathodiques ou autres ne l’apprécient
guère… L’existence du flux de fuite, qui représente environ
les deux tiers du flux total, montre aussi que l’aimant est
mal utilisé, puisqu’un tiers suffirait au même fonctionnement
du haut-parleur.
Les ferrites ne sont pas les seuls aimants disponibles sur
le marché. Les années 80 ont vu l’apparition des aimants
terres rares, qui représentent un énorme progrès en
termes de performances. Les aimants de type Samarium
Cobalt atteignent aujourd’hui un BH
max
de 160 à 250 kJ/
m
3
avec B
r
= 0,9 à 1,2 T et H
c
= 2 000 à 1 000 kA/m. On
trouve actuellement sur le marché des aimants de type Fer
Néodyme Bore, qui sont les plus puissants, ayant un BH
max
pouvant atteindre 550 kJ/m
3
, avec B
r
= 1,4 T et H
c
jusqu’à
1 000 kA/m. Les aimants terres rares ont toujours été chers
par rapport aux aimants ferrites. Cependant, leur puissance,
la baisse de leurs prix et l’agressivité commerciale des
producteurs chinois conduisent naturellement à reconsidérer
la possibilité de les utiliser et à réfléchir à des évolutions
des structures magnétiques, afin d’exploiter au mieux leur
formidable énergie.
Les défauts magnétiques des structures classiques
Champ créé par l’aimant
Le flux de fuite est un inconvénient d’ordre plutôt
économique. Mais certains phénomènes liés au magnétisme
s’avèrent beaucoup plus gênants, car ils sont sources de
distorsions.
L’examen des lignes de champ dans la structure montre que
l’induction magnétique n’est pas constante dans l’entrefer.
Quand la bobine se déplace, l’induction totale dans la bobine
n’est pas la même si la bobine est en position haute ou
en position centrée. Il s’ensuit que le facteur de force du
haut-parleur, Bl, n’est pas le même
pour toutes les positions de la
bobine (Fig. 3). La conséquence
est une distorsion qui ressemble à
un effet de compression du signal.
Cette distorsion ne dépend que
de la position de la bobine dans
l’entrefer et n’est effective que
pour les grands déplacements
de la bobine.
Champ créé par la bobine
La deuxième source de champ
magnétique dans le moteur est le
courant circulant dans la bobine.
Le champ créé varie dans le
temps, puisque c’est une image
du courant, donc du signal à
reproduire. Ce champ se referme,
lui aussi par les pièces en fer (Fig.
4). Si on néglige la saturation
du fer, le flux magnétique est
proportionnel au courant et son
sens est donné par celui du
courant. La valeur totale du flux et sa répartition spatiale
dépendent de la position de la bobine dans l’entrefer. La
Fig. 4 illustre cela pour trois positions de bobine (haute,
centrée, basse dans l’entrefer). En fait, le flux suit toujours
le chemin magnétique le plus «facile», celui de réluctance
la plus faible dans un circuit donné. On peut quantifier la
facilité qu’a le flux à circuler par la valeur de la réluctance.
Ainsi, on constate que le flux se referme plus difficilement
quand la bobine est en position haute : la réluctance du
circuit est plus grande pour la bobine haute que pour la
bobine centrée. La réluctance dépend de la géométrie du
circuit et de la perméabilité magnétique des matériaux le
constituant (fer, air, aimant).
D’autre part, l’induction magnétique, B
bobine
, définit
l’inductance électrique, l
e
, de la bobine. : l
e
=(nS B
bobine
)/i,
où n est le nombre de spires de la bobine, S sa section. Le
terme n S B
bobine
, représente le flux propre de la bobine.
L’inductance électrique est un paramètre facilement
accessible par la mesure. Sa valeur peut être relevée à
l’aide d’un pont de mesure pour différentes positions de
la bobine, l’équipage mobile étant bloqué pour chaque
position.
L’inductance est inversement proportionnelle à la réluctance
(le coefficient est le carré du nombre de spires). La position
correspondant à la réluctance minimale est celle d’une
bobine légèrement à l’intérieur du moteur. C’est donc la
position d’inductance maximale. Comme la réluctance du
circuit magnétique dépend de la position de la bobine,
l’inductance de cette dernière dépend aussi de la position
de la bobine.
La variation d’inductance conduit à une force réluctante,
F
reluctante
, qui agit sur la bobine.
En effet, on peut exprimer l’énergie magnétique, E, dans la
bobine par : E = l
e
i
2
/2 , et la force réluctante, F
reluctante
, est
obtenue en dérivant cette énergie par rapport à la position
de la bobine. Cette force est une force de rappel vers la
position d’inductance maximale. Elle est proportionnelle
au carré du courant.
Fig.3 : Valeur moyenne du champ magnétique dans une bobine longue se
déplaçant dans l’entrefer en fonction de la position de la bobine