Análisis y selección de materiales magnéticos para altavoces electrodinámicos de bobina móvil

Abstract

[ES] En el presente trabajo se analiza, mediante técnicas de simulación por elementos finitos, el comportamiento magnético y eléctrico de algunos materiales magnéticos para su aplicación en el motor de un altavoz electrodinámico de tipo profesional. El estudio ha incluido tanto los materiales magnéticos blandos de uso convencional: hierro, acero dulce o fundición dúctil de grafito esferoidal, como materiales alternativos y novedosos para esta aplicación, fabricados por metalurgia de polvos, tales como las aleaciones Fe-Ni, Fe-P, Fe-Si y materiales compuestos por aglomeración, a base de hierro de alta pureza (SMC), en el rango de frecuencias y excitación característicos de esta aplicación.

[EN] The present work was aimed at analysing, by FEM simulation techniques, the magnetic and electrical behaviour of some soft magnetic materials as potential candidates for the magnetic core in professional electro-dynamic loudspeakers. The study included soft magnetic materials widely used for these devices, such wrought pure iron, low carbon steels or ductile cast iron, and also some alternative and novel materials for this application, such as sintered Fe-Ni, Fe-P or Fe-Si alloys and non-sintered composite materials (SMC) based on pure iron powders. The analysis was performed over the typical excitation currents and frequency range of these devices.

[CA] A l¿actual tesi s¿analitza mitjançant tècniques de simulació per element finits el comportament magnètic i elèctric d¿alguns materials magnètics per a la seua aplicació en el motor d¿un altaveu electrodinàmic de tipus professional. L¿estudi inclou tant els materials magnètics tous d¿ús convencional: ferro, acer dolç o fosa dúctil de grafit esferoïdal, com materials alternatius i nous per aquesta aplicació, fabricat per metal¿lúrgia de pols, com ara els aliatges Fe-Ni, Fe-P, Fe-Si i materials compostos per aglomeració, a base de ferro d¿alt nivell de puresa (SMC), en el rang de freqüències i excitació característica d¿esta aplicació.

Mitjançant l¿anàlisi efectuat es valoren les prestacions dels diferents materials i els seus efectes sobre els paràmetres clau per la qualitat i rendiment del dispositiu. Les millores en el factor força ¿producte de la inducció en el entreferro per la longitud del fil de la bobina- són imprescindibles per a incrementar l¿eficàcia del motor. Per tant, qualsevol solució que permeta augmentar la inducció magnètica tindrà una repercussió immediata sobre l¿eficiència de l¿altaveu. L¿altre factor determinant és la reducció per les pèrdues per corrents de Foucault. A estes pèrdues van associats altres efectes perniciosos per a les prestacions d¿aquest tipus de transductor, com ara l¿incrementa de la resistència elèctrica de la bobina, les variacions de la inductància amb la corrent aplicada i la seua repercussió en la impedància total.

Els resultats obtinguts indiquen que a baixes freqüències (0.5 kHz), les millores prestacions s¿obtenen amb materials Fe-Ni, Fe-Si i SMC. Conforme s¿incrementa la freqüència (5 kHz), el material òptim passa a ser el SMS, amb unes pèrdues relatives comparables a les de fosa esferoïdal, però amb valors d¿inducció de saturació més elevats. Globalment, tant els aliatges Fe-Ni com els compostos SMC ofereixen avantatges tecnològiques a les seues prestacions. No obstant, la seua incorporació final com alternativa als materials actuals depèn també, en gran part, dels criteris econòmics. El circuit magnètic pot representar el 60% o més del preu d¿un altaveu de tipus professional, per tant aquesta variable pot ser crítica a l¿hora de realitzar la selecció final dels materials per al nucli.