CN101330773B - 阵列式磁路及阵列式磁路电机声换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式磁路，在传统的导磁支架内设置若干组磁体以多种组合的方式构成磁场形成部，磁体间留有用于放置线圈的磁间隙；其共性是同一磁间隙两侧磁体的极性同向排列，与另一磁间隙两侧磁体的极性相反，以确保若干组磁体产生的磁力线对磁间隙中的线圈的驱动力是同向叠加的。本发明还公开了采用上述磁路制作的阵列式磁路换能器，该换能器中的线圈和振动膜的连接方式可以是平行的，也可以是相互垂直的，与磁路相配合。本发明磁路及换能器能耗低、效率高、失真小，结构紧凑，可制成各种形式，特别适于狭长或缝隙形结构，涵盖了通信、广播等各个领域。

Description

阵列式磁路及阵列式磁路电机声换能器

技术领域

本发明涉及微型、狭长形和异型电动磁路的设计以及应用该磁路制备的电机声换能器。

背景技术

传统的微型电动型磁路有两种：内磁磁路和外磁磁路。内磁磁路如图1所示，柱形磁体2之N极发出的磁力线，经由紧贴在柱形磁体2之N极上的导磁板(极芯片)3，穿过磁间隙g1及磁间隙g2到达导磁铁碗1再回到磁体2的S极，构成了完整的磁回路。

外磁磁路如图2所示，环形磁体6之N极发出的磁力线经由T铁的场芯5，穿过磁间隙g3及磁间隙g4到达紧贴在环形磁体6之S极上的导磁环4，再回到环形磁体6的N极，构成了完整的磁回路。

外磁磁路的漏磁较大，内磁磁路对磁体的物理性能有较高的要求；两种磁路的磁体占有空间比相对说来均较低，这限制了传统电动型换能器灵敏度的提高和能耗的下降，这对空间比较宽松的环境和对使用交流电的电子产品不是什么问题，而对微、小型整机，如手机、微型电脑、IP终端设备来说，体积要小，效率要高，耗电要少，就必需使用微型、高效的电、机、声换能装置；又由于传统的电动型磁路特点，结构难以改变，以至于对电声换能装置的大小、形状有特殊要求的电子设备显得力不从心。

中国发明专利03115016.0公开了一种平面串联磁路及采用该磁路的电机声换能器，平面串联磁路包括由导磁板、导磁板上部叠置的第一磁体、第一极板组成第一磁场形成部；与第一磁场形成部共用的导磁板、导磁板上叠置的第二磁体、第二极板组成第二磁场形成部；第二磁场形成部设置于第一磁场形成部的外围并设有规定的磁间隙；第一磁体与第二磁体极性相反。由该磁路及伸入间隙的通电导线或线圈及振动膜、盖板及附件组成电-机-声换能装置。

该专利发明的磁路通过将内磁型和外磁型磁路的结合，充分利用空间，提高了磁体的估空比，故大大提高了磁路的效率，从而提高应用该平面串联磁路的电、机、声换能装置的转换效率，也就是说提高了灵敏度，满足了新颖电子产品的需求。但同样受其磁路结构的限制，也难以适应能耗要小、而形状又有特殊要求的电子设备的需要。

发明内容

本发明提供一种将若干个磁体组合而成的阵列式磁路以及应用该磁路制成的高效、低耗的电机声换能装置。

现有技术中的磁路包括导磁支架和导磁支架内的磁场形成部，导磁支架一般由底面和侧壁构成，大致为半开放的碗状结构。本发明的思路是在导磁支架内由二个由两个磁体组成的磁体对形成磁路单元，若干个磁路单元以多种排列的方式构成若干个磁场形成部，磁体对的两个磁体间留有用于放置线圈的磁间隙；其共性是同一磁间隙两侧磁体的极性同向排列，各磁体发出的磁力线在磁间隙中直接相互叠加，与另一磁间隙两侧磁体的极性相反，以确保若干组磁体产生的磁力线对磁间隙中的线圈的驱动力是同向叠加的。

一种阵列式磁路，包括导磁支架，导磁支架内设有由二个磁体对水平方向排列设置组成的平面磁路单元，磁体对沿相同的极性方向相对设置的两个磁体，两个磁体间形成磁间隙，二个磁体对的相邻的两个磁体设置在同一导磁板的两侧，极性方向相反；外侧的两个磁体设置导磁支架的两侧壁上，各磁体发出的磁力线各自在磁间隙中直接相互叠加，磁体彼此之间直接形成磁工作间隙不必经导磁材料传导、转向。

另一种阵列式磁路，包括导磁支架，导磁支架内设有由二个磁体对水平方向排列设置组成的平面磁路单元，二磁体对中相邻的两磁体连接合并为一体并垂直方向磁化，该合并为一体的磁体固定在导磁支架底面上，上端面设一相配合的导磁板，导磁板平面上部与磁体对中另一个水平方向磁化的磁体平行设置，水平方向磁化的磁体分别固定在导磁支架的两侧壁上；导磁板断面与固定在导磁支架的侧壁上的磁体的磁极面适配，导磁板与磁极面之间留有间隙，两相邻间隙的极性相反；各磁体发出的磁力线在磁间隙中直接相互叠加。

这样将中间两磁体连接合并为一体，结构更为简洁，很适宜制作狭长小型电机声换能器。

进一步，所述的导磁支架两端各增加设置磁体及其它辅助体，其极性取向与磁体对中设置在导磁支架侧壁的磁体保持一致，各磁体发出的磁力线在磁间隙中直接相互叠加。

根据上述阵列式磁路制造的阵列式磁路换能器，包括阵列式磁路、振动膜和驱动音圈，所述的阵列式磁路由至少一个所述的平面磁路单元同一平面重复排列构成，振动膜覆盖在磁体对的上方，若干个与振动膜相连接的驱动音圈伸入磁间隙中，所述的驱动音圈与磁间隙配合，其绕制面与振动膜的基准面是平行的。

又一种阵列式磁路，包括导磁支架，导磁支架内设有至少一个上下配置的二组磁体对组成的垂直磁路单元，每组磁体对沿相同的极性方向相对设置的两个磁体，两个磁体间形成磁间隙，上下二组磁体对的磁体极性方向相反设置，各磁体发出的磁力线各自在磁间隙中直接相互叠加。

所述的磁体截面为梯形。

所述的垂直磁路单元的磁体对同一侧的上下两个磁体相连接形成U型磁体。

另一种阵列式磁路换能器，包括阵列式磁路、振动膜和驱动音圈，所述的阵列式磁路由至少一个所述的垂直磁路单元同一平面重复排列构成，振动膜覆盖在上层的磁体对的上方，若干个与振动膜相连接的驱动音圈上部处于上层磁体对形成的磁间隙中，而下部伸入到下层磁体对形成的磁间隙中，所述的驱动音圈与磁间隙配合，其绕制面与振动膜的基准面是垂直的。

所述的平面磁路单元或垂直磁路单元重复排列成扇形、半圆形或多边形。

本发明的振动发声系统如振动膜、驱动音圈的形态以及连接方式，可视结构需要，驱动音圈可平贴在振动膜上(传统电动型换能器的常规方式，即驱动音圈的平面与振动膜的平面是一致的)，也可将驱动音圈垂直粘贴在振动膜的平面上(即驱动音圈的绕制面与振动膜的平面是垂直的)。驱动音圈垂直粘贴在振动音膜的平面上，这种连结方式为磁路结构的扩展延伸奠定了基础。

驱动音圈的形状、绕制方向，以及与振动膜的联接方式可与磁路(磁间隙)适配，以获取最大驱动力。同时可以设置多个音圈多点驱动，这不仅可以增大驱动力，由于多点分布驱动膜片，还可以降低失真，展宽频带。

本发明的阵列式磁路具有许多独特的优势：

1.本发明阵列式磁路结构新颖，是内磁型和外磁型磁路的结合，可克服传统电动换能器的种种缺点，可获得微型、高效、低耗等效果。

2.其磁路结构非常简洁，节省空间，因而应用该磁路的电声装置可以做得更为小巧玲珑。

3.该磁路很容易设计成长磁路，就是说磁工作间隙的长度，比音圈导线的宽度长得多，即使在大信号激励下，也可始终确保线圈处于均匀的强磁场内，将有效降低电声换能器的失真度。

4.其结构简洁，磁体与磁体之间直接耦合，磁体彼此之间直接形成磁工作间隙不必经导磁材料传导、转向，因而漏磁更小，这不仅可提高换能效率，而且可降低系统的电磁干扰。

5.本发明阵列式磁路构成元素如导磁支架(导磁铁碗)、磁体、导磁板的形状、磁场取向等灵活多样，便于设计。如稍加变换、组合，可方便地制作成MINI形、狭长形、线条形、平面形、圆形、方形、弧形、棱形、扁形、环形等各式各样的电机声换能器，以配合电子产品的结构性需求。

6.阵列式磁路基本结构单元的磁体形状、大小设置有很大的自由度，磁体之间可合成，联成一体，结构更为简洁，省事省料。

7.应用多个磁体，磁体在整个换能器中的占空比有显著扩展，多个磁体的磁场相互叠加，使间隙中的磁场强度增强，可使换能器的灵敏度大大提高，能耗将大幅度降低，在空间有限的微型便携式电子产品中的应用独具优势。

8.采用本发明阵列式磁路，工作间隙可以加大，以利于提高换能器产品合格率、提高承受功率，更便于自动化生产。

9.本发明阵列式磁路的基本结构单元，具有非常优越的搭配组合性能，可视需要任意排列组合变换基本结构单元，可以是单层，也可以双层或多层；可以是单元，也可以是多元的阵列式组合；其排列组合可无穷无尽，应有尽有。

10.采用本发明阵列式磁路制作的电机声换能器件，其结构设计有更大的灵活性，扩展用途，如机电驱动、拾取振动、传感领域等等，可用以制作成各种形状的高性能电机声换能器，以适用于不同类型电子设备。如多功能、大功率、低耗能通信机、手机和MP3、MP4放音设备、学习机；也可与电视机、汽车音响、音箱配套等等，几乎可涵盖适用于所有需要电、机、声换能装置的场合，特别适于狭长或缝隙形结构。

附图说明

图1为传统电动内磁磁路的磁回路示意图；

图2为传统电动外磁磁路的磁回路示意图；

图3为本发明一种实施方式的阵列式磁路构成的磁回路示意图；

图4为利用图3所示的阵列式磁路制作的阵列式磁路换能器内部结构示意图；

图5为图4中A-A方向剖视图；

图6为图4中B-B方向剖视图；

图7为本发明另一种实施方式的阵列式磁路构成的磁回路示意图；

图8为利用图7所示的阵列式磁路制作的另一种阵列式磁路换能器内部结构示意图；

图9为图8中C-C方向剖视图；

图10为图8中D-D方向剖视图；

图11为图8所示实施方式的增强形磁路的内部结构示意图；

图12为本发明又一种实施方式的阵列式磁路构成的磁回路示意图；

图13为利用图12所示的阵列式磁路制作的阵列式磁路换能器内部结构示意图；

图14为图12中E-E方向剖视图；

图15为图12中F-F方向剖视图；

图16为图12所示的阵列式磁路换能器采用磁体截面为梯形时的结构示意图；

图17为图12所示的阵列式磁路换能器采用磁体为U形磁铁时的结构示意图；

图18为采用多个垂直磁路单元排列制作的阵列式磁路换能器内部结构示意图；

图19为本发明磁体进行排列形成月牙形阵列式磁路换能器内部结构示意图。

具体实施方式

图3为本发明阵列式磁路构成的磁回路示意图，图3中，在导磁支架10内设有一个导磁板15，导磁板15两侧设有磁体12和磁体13，导磁支架10上与磁体12和磁体13分别相对应的设有磁体11和磁体14，形成二个磁场形成部，即图中左侧磁场形成部内的磁体对为磁体11和磁体12，磁体11和磁体12间有磁间隙g5，同样，右侧磁场形成部内的磁体对为磁体13和磁体14，磁体13和磁体14间有磁间隙g6。

左侧形成部内的磁体11和磁体12的极性方向相同，右侧磁场形成部内的磁体13和磁体14的极性方向相同，而左侧形成部内的磁体12和右侧磁场形成部内的磁体13极性方向正好相反。

图3中，磁体12的N极发出的磁力线，直接穿过间隙g5到达第一磁体11的S极，由磁体11的N极发出的磁力线通过导磁支架10和导磁板15，到达磁体12的S极，形成如图所示的闭合磁回路。由于磁体11和磁体12的磁场方向相同，磁体11和磁体12发出的磁力线直接相互叠加，增强了间隙g5中的磁场强度；又因磁体11和二磁体12彼此靠得很近，不需经过中间导磁体，也不转变方向，故漏磁损耗更小。同理，右侧磁体13和磁体14发出的磁力线在磁间隙g6中也是直接相互叠加的。

图3是两组磁体对组成的磁路示意情况，当若干组磁体对组成的平面磁路单元重复设置时，磁体的磁场取向，应确保电流通过线圈时磁场对该磁场间隙中的线圈的驱动力始终是同方向叠加的，即每组磁体对沿相同的极性方向设置的两个磁体，相邻二组磁体对的磁体极性方向相反设置，这样磁场间隙中对振动系统的线圈的动力可倍增，否则，其驱动力有可能相互抵消。

参见图4-6，一种采用阵列式磁路的阵列式磁路换能器，由导磁支架100、导磁板105和两个磁组对组成的阵列式磁路，振动膜108和线圈(驱动音圈)106构成振动发声系统，线圈106置入磁间隙g7和磁间隙g8之间，带有声学调节孔的盖板107扣合在半开放的导磁支架100上，并将振动膜108边缘压紧，导磁支架100底部设有接线端子109，便于引入外线并连接线圈106。

导磁支架100的中部设有导磁板105，导磁板105将导磁支架100内部分隔成两个磁场形成部，图6中左侧的磁场形成部内的磁体对包括磁体101和磁体102，磁体101和磁体102间有磁间隙g7，右侧的磁场形成部内的磁体对包括磁体103和磁体104，磁体103和磁体104间有磁间隙g8，磁体102和磁体103分别粘贴在导磁板105的两个相向的侧面，磁体101和磁体104粘贴在导磁支架100侧壁上，与磁体102和磁体103在同一平面上。

左侧形成部内的磁体101和磁体102的极性方向相同，右侧磁场形成部内的磁体103和磁体104的极性方向相同，而左侧形成部内的磁体102和右侧磁场形成部内的磁体103极性方向相反。

其基本工作原理是：当接线板109的端子输入交流电信号时，交流电信号由引线导入置于磁间隙g7和磁间隙g8之中的线圈106中流动，线圈106就会受到磁场的作用力，从而带动膜片108产生振动、发出声音。反之，当膜片108受到振动或声音的激励时，与之相连的线圈106在磁场中随之运动，线圈106切割磁力线产生感应电动势，输出到接线板109两端，这样就完成了机、电、声或机、电之间的相互转换。

本实施例的换能器中驱动音圈106的绕制面与振动膜108的基准面是平行的。

实际应用过程中，驱动音圈的形状、绕制方向以及与振动膜的联接方式应与磁路(磁间隙)适配，以获取最大驱动力。可以设置多个音圈多点驱动，这不仅可以增大驱动力，由于多点分布驱动膜片，还可以降低失真，展宽频带。本实施例的阵列式磁路很容易设计成长磁路，就是说磁间隙的长度，比音圈导线的宽度长得多，即使在大信号激励下，也可始终确保线圈处于均匀的强磁场内，将有效降低电声换能器的失真度。

本实施例的换能器组装过程如下：

1、磁体组合。先将磁体102和磁体103粘贴在导磁板105上，再将磁体101和磁体104粘贴在导磁支架100的侧壁。各磁体的极性取向如图所示，确保了磁场对通电信号的线圈的驱动力是同向叠加的。

2、将接线板109粘贴在导磁支架100的相应位置上；

3、将线圈106粘合在振动膜108上，再将线圈106和振动膜108的组合体粘贴在导磁支架100的定位槽中，线圈106伸入到磁间隙g7和磁间隙g8中，线圈106两引出线经过导磁支架100的过线槽，焊接在接线板109的接线端子上；

4、将前罩107盖在线圈106和振动膜108组合体的上方，粘贴在导磁支架100的上边缘定位槽内。

参见图7，另一种阵列式磁路，包括导磁支架20，导磁支架20内设有一个垂直方向磁化的磁体25，上端面设一相配合的导磁板26，导磁板26平面上部与磁体对中另一个水平方向磁化的磁体21或磁体24平行设置，形成二个磁场形成部，即图中左侧磁场形成部内的磁体对为磁体21和磁体25，磁体21和磁体25上的导磁板26间有磁间隙g9，同样，右侧磁场形成部内的磁体对为磁体25和磁体24，磁体25上的导磁板26和磁体24间有磁间隙g10。

图7中，磁体25的N极发出的磁力线，通过导磁板26后，穿过磁间隙g9到达磁体21的S极，由磁体21的N极发出的磁力线通过导磁支架20，到达磁体25的S极，形成如图所示的闭合磁回路。由于磁体25通过导磁板26和磁体21形成的磁场方向相同，磁体25和磁体21发出的磁力线直接相互叠加，增强了间隙g9中的磁场强度；同理，右侧磁体25和磁体24发出的磁力线在磁间隙g10中也是直接相互叠加的。

该磁路将中间两磁体连接合并为一体，减少了一块磁体，结构更为简洁，适宜于制作狭长形的电机声换能器。由于该磁路磁体占空比高，漏磁损耗小，故其换能效率比传统电动磁要高得多，很适宜制作狭小的电机声换能器。

如图8-10所示，根据图7所示磁路设计的换能器，导磁支架200中间底面设有垂直方向磁化的磁体213，其上端面设一相配合的导磁板208，另两个磁体即磁体211和磁体212粘贴在导磁支架200的两侧壁上，磁体211和磁体212水平方向磁化，导磁板208的上端面与磁体211和磁体212的极面相配合；导磁板208的两侧面与固定在导磁支架200的侧壁上的磁体211、212的磁极面相对，导磁板208两侧与磁体211或磁体212之间形成磁间隙g11或磁间隙g12，磁体211或磁体212靠近导磁板208的一端与导磁板208的极性相反，以保证磁间隙g11或磁间隙g12中磁场对在该磁场间隙中的线圈204的驱动力始终是同方向叠加的。

本实施例的换能器中驱动音圈106的绕制面与振动膜108的基准面是平行的。

如图11所示，导磁支架200的两端各增加磁体201和磁体209及辅助体，其极性取向须与磁体211和磁体212保持一致，以保证磁间隙g11或磁间隙g12中所有磁体产生的磁场对在该磁场间隙中的线圈204的驱动力始终是同方向叠加的。

如图12所示，另一种阵列式磁路，包括导磁支架30，导磁支架30内由上下设置的磁体对31、32和磁体对33、34组成，每组磁体对沿相同的极性方向设置的两个磁体，两个磁体间形成上面的磁间隙g18和下面的磁间隙g19，上下二组磁体对的磁体极性方向相反设置，从图示可见，各磁体发出的磁力线各自在上下磁间隙中直接相互叠加，当磁间隙g18、g19中的线圈通过电信号的流向如图所示时，按左手定律，则磁间隙g18、g19中的线圈受到的驱动力均是向上的，也即线圈受到的驱动力是同向叠加的。

如图13-15所示，为采用图12所示阵列式磁路的阵列式磁路换能器，包括导磁支架300、振动膜303和驱动音圈304，由上下设置的磁体301、磁体302组成的磁体对，磁体303、磁体304组成的磁体对二组磁体对组成，每组磁体对沿相同的极性方向设置，两个磁体间形成上面的磁间隙g20和下面的磁间隙g21，上下二组磁体对的磁体极性方向相反设置，磁体对的两个磁体301、302和两个磁体303、304分别固定在导磁支架300的侧壁上下二层上，振动膜303覆盖在上层的磁体301、磁体302的上方，若干个与振动膜303相连接的驱动音圈304的上部处于上层磁体对磁体301、302形成的磁间隙g20中，而下部伸入到下层磁体对磁体303、304形成的磁间隙g21中，驱动音圈304的绕制面与振动膜303的基准面是垂直的，这与传统电动型中的驱动线圈与振动膜的联接方式是完全不同的。

该换能器采用双层垂直磁路单元，可适应各种不同类型的电子设备。

如图16所示，本实施例的阵列式磁路换能器中导磁支架310内采用的磁体311、312、313、314截面可以是矩形或梯形，为梯形时，可为单边梯形，也可为双边梯形，或端面倒角。若干个与振动膜313相连接的驱动音圈314的上部处于磁体311、磁体312形成的磁间隙g22中，而下部伸入到下层磁体对磁体313、磁体314形成的磁间隙g23中，驱动音圈314的绕制面与振动膜313的基准面是垂直的。梯形的上底朝向该磁体临近的磁间隙，这样将增大磁间隙的磁场强度。

如图17所示，阵列式磁路换能器导磁支架320内中采用的上层磁体和下层磁体相连接形成U型磁体321和322，U型磁体321和磁体322的上下极性相反。若干个与振动膜323相连接的驱动音圈324自上而下穿过磁体311、磁体312形成的磁间隙，这样可大大降低漏磁，且装配更为简单方便，同时因磁体的有效长度增长，无疑这将提高磁场的强度。

如图28所示，本发明的磁路可进行多层多元组合，本实施例中的阵列式磁路换能器，包括导磁支架320、磁场形成部、振动膜13和多个驱动音圈334，磁场形成部由U型磁体335、336、337、338、339、340多对U型磁体形成重复单元，相邻的U型磁体335和336，U型磁体337和338，U型磁体339和340极性方向相反设置，相邻两U型磁体336、337固定设于在导磁支架330内的同一非导磁支撑块342两侧，U型磁体338、339固定设于在导磁支架330内的同一非导磁支撑块343两侧，最外端的U型磁体335和U型磁体340磁体设在导磁支架330的两侧壁上，下部设有固定和支撑用的非导磁支撑块341和非导磁支撑块342。振动膜333覆盖在磁体对的上方，三个与振动膜333相连接的驱动音圈334自上而下伸入到相应的磁体对形成的磁间隙中。这种多层组合磁路的拓展，进行多元驱动、失真小效率高。可制作汽车扬声器、屏风式音箱。

如图19所示，垂直磁路单元的磁体351和磁体352可配置为月牙形等，多个驱动音圈354、355设置在磁体351和磁体352形成的磁间隙中，导磁支架350也适应配合为相同形状，使换能器可适应特种电子设备所需。

本发明阵列式磁路的基本结构单元可视需要任意排列组合，具有非常优越的搭配组合性能，可以是单层，也可以双层或多层；可以是单元，也可以是多元的阵列式组合；组合形态也可多种多样、其排列组合可无穷无尽，应有尽有。实施例及附图仅列举了一些常用的组合，本领域技术人员完全可以根据实际需要，按照本发明的思路，采用本发明的基本结构单元进行任意组合，设计出更种各样的机电声换能器。

Claims (2)

1.一种阵列式磁路换能器，其特征在于：所述的换能器包括阵列式磁路、振动膜和驱动音圈，所述的阵列式磁路包括导磁支架，所述的导磁支架内设有由二个磁体对水平方向排列设置组成的平面磁路单元，磁体对沿相同的极性方向相对设置的两个磁体，两个磁体间形成磁间隙，各磁体发出的磁力线在磁间隙中直接相互叠加，二个磁体对的相邻的两个磁体设置在同一导磁板的两侧，极性方向相反，至少一个所述的平面磁路单元同一平面重复排列，外侧的两个磁体设置导磁支架的两侧壁上；振动膜覆盖在磁体对的上方，若干个与振动膜相连接的驱动音圈伸入磁间隙中，所述的驱动音圈的绕制面与振动膜的基准面是垂直的。

2.根据权利要求1所述的阵列式磁路换能器，其特征在于：所述的平面磁路单元重复排列成扇形或半圆形或多边形。

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