CN101911727A - 扬声器的磁体组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于类型为具有运动膜并具有设置在磁体组件中的音圈的转换单元的磁体组件(1)，所述磁体组件包括以下组件：i)T-磁轭(2)；ii)磁体系统(4)；iii)顶板(6)。根据本发明的磁体组件具有特定的设计，该设计提供关于顶板和T-磁轭之间的间隙中的B场强度的改善的特性，以及关于间隙中的B场均匀性的该神的特性，并提供关于在间隙轴向的各端的B场的衰减性质的对称程度的改善的特性。

Description

扬声器的磁体组件
技术领域
本发明涉及一种用于类型为具有运动膜并具有设置在磁体组件中的音圈的转换单元的磁体组件。此外，本发明涉及将这种磁体组件用于制造扬声器的用途。另外，本发明涉及一种制造根据本发明的磁体组件的方法。最后，本发明涉及一种包含根据本发明的磁体组件的扬声器，以及一种包括该扬声器的扬声器箱。
背景技术
在本领域中，已经提出构成磁体系统的多种不同方案。当使用磁体系统作为通过使膜运动而产生声音的驱动器时，通常在磁体系统的两个部分之间设置间隙(gap)，从而将具有穿过该间隙的磁通量场。在间隙中设置音圈，音圈的线圈将由于线圈中生成的交流电流而产生磁场，将音圈置于磁体的磁通量场中时，会使线圈在磁通量场中与组成磁通量场的磁通线的方向基本垂直地运动。
在本领域中，通常有两种设计，第一种为长音圈(overhung)，其中，相对宽的线圈以线圈的轴向延伸超过间隙的轴向延伸的方式设置在相对窄的间隙中。另一种原理通常应用所谓的短音圈(underhung)系统，其中，相对窄的线圈以间隙的轴向延伸超过线圈的轴向延伸的方式设置在相对宽的间隙中。
本发明具体涉及一种用于短音圈式的系统，即，磁通线存在于相对宽的间隙中并以间隙的轴向延伸超过线圈的轴向延伸的方式影响相对窄的线圈的系统。
US2002/0106101中公开了现有技术的扬声器组件的示例。该系统包括具有中心T-磁轭的驱动器单元，永磁体围绕中心T-磁轭设置。该构造提供了可使音圈在驱动器的几乎外围处移动的间隙。此外，为了节约构造高度，驱动器部分地设置在扬声器膜的前面，这将导致声音失真，以及对于将驱动器固定到支架上的相当复杂的设计。
另一种现有设计在图5中示出。该设计表示短音圈系统。该现有设计包括具有T-磁轭102的磁体组件100，在T-磁轭102的顶部设置有磁体104。在磁体104的顶部设置有顶板106。顶板106以及T-磁轭的轴向延伸部分形成间隙108。在该现有磁轭组件100中，限定了边缘的外表面并从顶边缘112延伸至底边缘114的顶板的表面110在其从顶板的顶边缘112至顶板的底边缘114的整个延伸中基本为圆柱形，在顶板的底边缘处顶板与磁体104接触。
通过WO98/47312了解现有设计的另一个示例，其中，磁体系统与磁轭构造相连地设置。间隙(音圈在间隙中移动)以如上讨论的传统方式设置。因此，这种构造也经历这样的问题：由于在间隙的一个端部(上端和下端)中的磁通量衰减(roll off)而导致失真，这是由于磁通量在这些区域中聚集。即使在提供了渐进磁通引导件(more gradual flux guide)的实施例中，例如图2和图3中所示，磁体和间隙之间的有效截面积也很大，从而产生将在下面讨论的衰减效果。
在扬声器中，精确的声音再现的先决条件是通过使扬声器的膜运动而产生的声波尽可能地是以电信号的形式供应到扬声器的电波的真实表现。大量的参数影响产生的声波的波形的准确度。对产生的声音的精确程度产生大的影响的一个重要的参数是供应到扬声器的电信号与膜的轴向运动之间的线性程度。影响膜的这种运动的精确性的参数至少是双重的。为了通过膜获得对供应的电信号的高保真的响应，膜的轴向运动应该线性地响应电信号。为了实现膜的这种线性响应，容纳线圈的间隙中的磁通量必须尽可能地均匀。磁通量越均匀，将产生的失真越少。
另外，由于将B场表示为距间隙中心的距离的函数的曲线沿从间隙中心的每个轴向方向应该表现出相似的特性，所以重要的是使B场的衰减强度尽可能地对称。因此，将B场表示为距间隙中心的距离的函数的曲线在落入间隙中的距离以及落在间隙外的距离处应该围绕间隙的中心尽可能地对称。这样，能够降低所谓的偶次谐波失真(even-harmonic distortion)。此外，在间隙外具有对称的B场衰减强度意味着线圈可以部分地离开间隙而不会导致任何不可接受的失真。
在图5中示出的现有系统中，可获得在间隙108(线圈容纳在间隙108中)中的在某种程度上可接受的均匀的磁通量。然而，存在这样的持续性的需要来提供更准确的声音再现，即，提高这种磁体组件的间隙的磁通量的均匀性并同时提供更对称的B场衰减。此外，该设计导致非常大的磁体系统，为扬声器增加了相当大的重量，有时超过扬声器的外径，这使得这种短音圈设计成为无法实施的选择。
发明内容
本发明的目的
本发明的目的在于提供一种用于类型为具有运动膜并具有设置在磁体组件中的音圈的转换单元的磁体组件，其中，改善了磁体系统的性能。改进主要在于在意图用于容纳音圈的间隙中产生均匀的磁通量并提供即使超过连续使用之后也具有较低的声音失真的磁体系统，同时提供非常紧凑的设计，这是因为其为改进的磁体系统提供与输出效果有关的空间和重量节约特性，其中，磁体组件同时提供关于从间隙中心的两个相反的轴向的更对称的衰减磁场。
本发明的描述
该目的通过本发明来实现，本发明的第一方面涉及一种用于类型为具有运动膜并具有设置在所述磁体组件中的音圈的转换单元的磁体组件(1)，所述磁体组件包括组件i)至组件iii)：
i)T-磁轭(2)；
ii)磁体系统(4)；
iii)顶板(6)；
其中，T-磁轭(2)包括主体，所述主体包括限定圆柱形的关于旋转轴对称的外表面(10)的棒部件(8)，所述圆柱形表面具有外直径d1和圆柱形边缘(11)；其中，圆柱形表面(10)的旋转轴的取向为垂直，并且圆柱形边缘(11)的取向为指向上部，T-磁轭(2)还包括：
背板(12)，包括底表面(14)；所述底表面(14)在其底部边缘(16)向外并向上延伸以限定在外边缘(20)终结的外背板表面(18)，其中，所述背板(12)还包括用于磁体系统的容纳表面(22)，用于磁体系统的所述容纳表面(22)基本沿水平方向从外边缘(20)向内延伸至内边缘(24)，其中，用于磁体系统的所述容纳表面(22)关于圆柱形表面(10)的旋转轴基本对称；
其中，所述磁体系统(4)是具有顶表面(26)、底表面(28)的环形体；其中，顶表面(26)与底表面(28)基本平行，其中，调整磁体系统(4)沿径向方向的尺寸，以能够安装到T-磁轭(2)的容纳表面(22)；
其中，顶板(6)包括环形体，环形体包括基本为圆柱形并围关于转轴对称的上部内表面(36)，所述上部内表面(36)从上部内边缘(38)延伸至下部内边缘(40)；所述上部内表面(36)具有直径d2；其中，圆柱形表面(36)的旋转轴的取向是垂直的，其中边缘(38)的取向为指向上部，顶板还包括：下部内表面(42)，从下部内边缘(40)向下并向外延伸至底部内边缘(44)；底表面(46)，从底部内边缘(44)延伸至底部外边缘(48b)；所述底表面(46)基本水平；外表面(50)向上延伸，并优选地从底部外边缘(48、48a)向内延伸至上部外边缘(52)；顶部外表面(54)，从上部外边缘(52)延伸至上部内边缘(38)；其中，调整底表面(46)的尺寸，以能够安装到磁体系统(4)的顶表面(26)；
其特征在于：直径d1小于直径d2；顶板(6)以这样的方式设置在磁体系统(4)的顶部上，即，顶板(6)的底表面(46)与磁体系统(4)的顶表面(26)接触，磁体系统(4)以这样的方式设置在T-磁轭(8)的顶部上，即，磁体系统(4)的底表面(28)与T-磁轭(8)的容纳表面(22)接触；直径d1和直径d2之间的差在T-磁轭的圆柱形外表面(10)与顶板的上部内表面(36)之间限定间隙(56)，以能够容纳音圈。
本发明的第二方面涉及一种制造根据本发明的磁体组件的方法，即，通过组装T-磁轭(2)、磁体系统(4)和顶板(6)；其中，通过选择顶板的表面(36)沿轴向的范围来预定磁体组件(1)的间隙(56)中的磁通密度。
本发明的第三方面还涉及一种根据本发明的磁体组件用于制造扬声器的用途。
此外，本发明的第四方面涉及一种包括根据本发明的磁体组件(1)的扬声器；其中，音圈容纳在由T-磁轭的外表面(10)和顶板的上部内表面(36)之间的空间限定的间隙(56)中；其中，磁体组件(1)悬置于支架中并且膜悬置在音圈和支架之间。
最后，本发明的第五方面涉及一种包括根据本发明的扬声器的扬声器箱。
附图说明
图1示出了在本发明的磁体组件中包括的T-磁轭的垂直剖面图。
图2a示出了在本发明的磁体组件中以单部件环形体的形式包括的磁体系统的优选实施例的垂直剖面图。
图2b示出了在本发明的磁体组件中以盘形磁体的阵列的形式包括的磁体系统的另一实施例的水平剖面。
图3a示出了在本发明的磁体系统中包括的顶板的垂直剖面图。
图3b示出了在本发明的磁体系统中包括的顶板的可选设计的垂直剖面图。
图4示出了根据本发明的组装的磁体组件的垂直剖面图。
图5示出了根据现有技术的组装的磁体组件的垂直剖面图。仅示出了磁体组件的“右手边”的剖面。
图6a至图6d示出了多种在本发明的磁体组件中包括的顶板的优选设计的垂直局部剖面图。仅示出了环形顶板的“右手边”的剖面图。
图7示出了关于图8a至图8d中描绘的多个不同的磁体组件设计的间隙中的B场作为距间隙中心的距离的函数的曲线图。通过模拟实验来获得这些结果。
图8a至图8d示出了用于获得图7中描绘的模拟结果的顶板和磁体组件不同设计。
具体实施方式
根据本发明的磁体组件
在本发明的第一方面中，涉及一种用于类型为具有运动膜并具有设置在磁体组件中的音圈的转换单元的磁体组件1，所述磁体组件包括组件i)至组件iii)：
i)T-磁轭2；
ii)磁体系统4；
iii)顶板6；
其中，T-磁轭2包括主体，所述主体包括限定圆柱形的关于旋转轴对称的外表面10的棒部件8，所述圆柱形表面具有外直径d1和圆柱形边缘11；其中，圆柱形表面10的旋转轴的取向为垂直，并且圆柱形边缘11指向上部，T-磁轭还包括：
背板12，包括底表面14；所述底表面14在其底部边缘16向外并向上延伸以限定在外边缘20终结的外背板表面18，其中，所述背板12还包括用于磁体系统的容纳表面22，用于磁体系统的所述容纳表面22基本沿水平方向从外边缘20向内延伸至内边缘24，其中，用于磁体系统的所述容纳表面22关于圆柱形表面10的旋转轴基本对称；
其中，所述磁体系统4是具有顶表面26、底表面28的环形体；其中，顶表面26与底表面28基本平行，其中，调整磁体系统4沿径向方向的尺寸，以能够安装到T-磁轭2的容纳表面22；
其中，顶板6包括环形体，环形体包括基本为圆柱形并关于旋转轴对称的上部内表面36，所述上部内表面36从上部内边缘38延伸至下部内边缘40；所述上部内表面36具有直径d2；其中，圆柱形表面36的旋转轴的取向是垂直的，边缘38的取向为指向上部，顶板还包括：下部内表面42，从下部内边缘40向下并向外延伸至底部内边缘44；底表面46，从底部内边缘44延伸至底部外边缘48、48b；所述底表面46基本水平；外表面50向上延伸，并优选地从底部外边缘48、48a向内延伸至上部外边缘52；顶部表面54，从上部外边缘52延伸至上部内边缘38；其中，调整底表面46的尺寸，以能够安装到磁体系统4的顶表面26；
其中，直径d1小于直径d2；其中，顶板6以这样的方式设置在磁体系统4的顶部上，即，顶板6的底表面46与磁体系统4的顶表面26接触，其中，磁体系统4以这样的方式设置在T-磁轭8的顶部上，即，磁体系统4的底表面28与T-磁轭8的容纳表面22接触；其中，直径d1和直径d2之间的差在T-磁轭的圆柱形外表面10与顶板的上部内表面36之间限定间隙56，以能够容纳音圈。
根据本发明的磁体组件具有在间隙56(音圈容纳在间隙中)中提供更均匀的磁通量的设计。此外，根据本发明的磁体组件在间隙外沿每个轴向提供更对称的B场的衰减性质。这种对称使偶次谐波失真降低。另外，根据本发明的磁体组件提供顶板材料的更均匀的饱和，这也使失真降低。最后，根据本发明的磁体组件提供杂散磁通的降低，这显然地导致更有效地利用磁体的磁通量场。
在本说明书及权利要求书中，磁体组件的T-磁轭2、磁体系统4和顶板6的特定特征表示为这样地取向，即，磁体系统设置在T-磁轭顶部上，顶板设置在磁体系统的顶部，T-磁轭的圆柱形表面以及顶板的旋转轴的取向为垂直。这种取向在图4中可见。
根据本发明的磁体组件的T-磁轭
本发明的磁体组件的T-磁轭2包括主体，所述主体包括限定圆柱形的关于旋转轴对称的外表面10的棒部件8，所述圆柱形表面具有外直径d1和圆柱形边缘11，其中，圆柱形表面10的旋转轴的取向为垂直，并且圆柱形边缘11的取向为指向上部，T-磁轭2还包括：背板12，包括底表面14；所述底表面14在其底部边缘16向外并向上延伸以限定在外边缘20终结的外背板表面18，其中，所述背板12还包括用于磁体系统的容纳表面22，用于磁体系统的所述容纳表面22基本沿水平方向从外边缘20向内延伸至内边缘24，其中，用于磁体系统的所述容纳表面22关于圆柱形表面10的旋转轴基本对称。
图1示出了本发明的磁体组件的T-磁轭的剖视图。
棒部件的外表面10形成了间隙56的一个表面。间隙56的另一表面由顶板形成。因此，表面10的直径d1确定将要容纳在间隙56中的音圈的直径的下限。根据本发明的磁体组件具体意图在于短音圈式扬声器。因此，优选地，T-磁轭的圆柱形表面10沿轴向延伸超出将要用于磁体组件的T-磁轭的音圈的轴向延伸。
与T-磁轭的棒部件8相对的是背板12。背板12包括底表面14。该表面可具有各种不同形状。在一个优选实施例中，底表面14是平面。底表面14的外边缘由底边缘16限定。优选地，底边缘16是圆形的。背板12从底边缘16向上并向外延伸至外边缘20。背板12还包括从外边缘20延伸至内边缘24的容纳表面22。容纳表面22是平面并设置在水平面。容纳表面22用于容纳如下所述的磁体系统。优选地，容纳表面22为圆形，以限定关于旋转轴对称的表面。
优选地，T-磁轭由高磁导率的材料制成，优选地，由低合金钢(软铁)制成。
优选地，T-磁轭通过在车床中车削/磨削任何多余的材料而由块状材料制成。可选地，T-磁轭可通过冷锻和连续机加工至期望的精度。
在一个实施例中，优选地，T-磁轭本身由两部分组成，也就是说：a)棒部分，包括从底表面14的中心部分沿轴向向上延伸的主体，以限定关于旋转轴对称的主体；b)背板部分，包括由底表面14的外部、背板表面18和容纳表面22限定的主体。在这种T-磁轭的两部分布置中，优选地，T-磁轭的棒部分和T-磁轭的背板部分通过胶(例如环氧树脂胶或羟异丁烯酸酯胶)彼此固定。
由于将生产更少量的磨削废料，所以T-磁轭的两部分布置提供材料成本的节约。在通过车/磨来制造T-磁轭的情况下(即，在不进行预冷锻步骤的情况下)尤其会得到这种成本节约。
磁体组件的磁体系统
本发明的磁体组件的磁体系统4包括环形体，所述环形体具有顶表面26和底表面28；其中，顶表面26与底表面28基本平行，其中，调整磁体系统4沿径向的尺寸，以能够安装到T-磁轭2的容纳表面22上。
如上所述，磁体组件的磁体系统包括将设置在T-磁轭的容纳表面22的顶部上的环形体。因此，磁体系统4和容纳表面22沿径向的宽度必须彼此适合，从而磁体系统4很好地安装到T-磁轭的容纳表面22上。
本发明的磁体组件的磁体系统4包含钕、铁素体、钐钴AlNiCo磁性材料，或包含常规地和/或传统地用作磁性材料的另一种类的硬磁材料。这种设计引导使用高能产品磁体材料(具体地说，具有高矫顽磁性特性的材料)，而不限于该组硬磁材料。
在本发明的一个实施例中，磁体系统4为单部分。这种单部分磁体系统包括磁性材料的环形体，该环形体包括顶表面26、底表面28；外表面30，并具有由内表面32限定的中心孔34；其中，内表面32与外表面30为圆柱形；其中，外表面30和内表面32与表面26和28基本垂直。图2a示出了这种磁体系统的垂直剖面图。
在本发明的另一实施例中，磁体系统4包括由具有相同的尺寸并共同限定顶表面26、底表面28的盘形磁体的阵列组成的主体，其中，所述阵列的每个盘形磁体的中心在圆周上以基本相等的间距排列。这种不同的磁体阵列的磁体系统为制造根据本发明的磁体组件提供成本节约，而不降低最终磁体组件的质量。图2b示出了这种磁体系统的水平剖面图。
在又一实施例中，以这样的方式设计根据本发明的磁体系统，使得磁体系统沿径向的延伸超过顶板的表面46沿径向的延伸和/或超过磁轭的容纳表面22沿径向的延伸。
在另一优选实施例中，根据本发明的磁体组件还包括第四组件，所述第四组件包括设置在T-磁轭的棒部件8的顶部上的助推磁体(booster magnet)。如名称所表示的，这种助推磁体能够参与供应磁体组件的间隙56中所需的高强磁通量。优选地，助推磁体为关于旋转轴对称的盘形或环形体形状的磁体。
磁体组件的顶板
根据本发明的磁体组件的顶板6包括环形体，所述环形体包括基本为圆柱形并关于旋转轴对称的上部内表面36，所述上部内表面36从上部内边缘38延伸至下部内边缘40；所述上部内表面36具有直径d2；其中，在圆柱形表面36的旋转轴为垂直取向并且边缘38的取向指向上方，顶板还包括：下部内表面42，从下部内边缘40向下并向外延伸至底部内边缘44；底表面46，从底部内边缘44延伸至底部外边缘48、48b；所述底表面46基本水平；外表面50从底部外边缘48、48a向上并优选地向内延伸至上部外边缘52；顶表面54从上部外边缘52延伸至上部内边缘38；其中，调整底表面46的尺寸，以能够安装到磁体系统4的顶表面26上。
顶板的外表面36形成间隙56的外表面。间隙56的第一表面由T-磁轭的棒部件形成。因此，表面36的直径d2确定将要容纳在间隙56中的音圈直径的上限。
在本发明的磁体组件的顶板的一个实施例中，底部外边缘48b的位置以这样的方式低于底部外边缘48a的位置，即，这两个边缘48a、48b在它们之间限定表面49。在本发明的磁体组件的顶板的另一实施例中，底部外边缘48b和底部外边缘48a是相同的边缘。在这种情况下，不存在插入的表面49。
下部内表面42从下部内边缘40向下并向外延伸至底部内边缘44的特征是本发明的磁体组件的基本的特征，这是因为如在下面的示例中由与模拟8a、8c和8d比较的模拟8b所示的，已经发现倾斜(相对于垂直)的内表面42在气隙的各个轴向端处提供更对称的衰减性质。
在根据本发明的磁体组件的优选实施例中，沿从边缘48、48a上的点到边缘52上的最近的点的方向的顶板的外表面50限定了凹曲线。
在根据本发明的磁体组件的另一优选实施例中，沿从边缘44上的点到边缘40上的最近的点的方向的顶板的下部内表面42限定了凹曲线、直线或凸曲线。
在根据本发明的磁体组件的又一实施例中，沿从边缘48、48a上的点到边缘52上的最近的点的方向的顶板的外表面50限定了凸曲线。
在根据本发明的磁体组件的再一实施例中，沿从边缘44上的点到边缘40上的最近的点的方向的顶板的下部内表面42限定了凹曲线。
优选地，顶板的下部内表面42至少包括局部表面42a，所述局部表面42a以这样的方式限定曲线，即，表面42a上的任一点与外表面50之间沿水平方向的最短距离基本恒定。在该实施例中，能够在与局部表面42a有关的顶板的部分中对磁通量提供基本恒定的最小剖面积，以保持恒定的磁通密度。
这种设计为顶板提供了均匀的饱和。在该构造中，顶板的外表面还将把任何波偏转至不同的方向，从而干扰波能量。照这样，确保了在膜上的直接反射最小化，这导致更少的失真。关于这一点，与支架(磁体系统和膜设置在支架中)的协作也是重要的。
图6a至图6d示出了根据本发明的磁体组件的顶板的不同的优选设计的局部剖视图。在图6a中，顶板包括凸出的外表面50和凹陷的下部内表面42。在图6b中，外表面从底部外边缘48基本垂直地向上延伸至上部外边缘52。图6c和图6d均示出顶板，其中，下部内表面42包括上局部表面42a，其中，所述局部表面42a以这样的方式限定曲线，即，表面42a上的任一点与外表面50之间沿水平方向的最短距离基本恒定。
导电层
在本发明的磁体组件的优选实施例中，T-磁轭的圆柱形外表面10和/或顶板的上部内表面36设置有导电材料的层，所述层沿至少与间隙56的轴向长度对应的长度轴向延伸。
导电层将在一定程度上使磁通密度衰减，然而也在一定程度上使磁场线的效果衰减。这主要是由于系统的在间隙各侧上的软铁部件之间增加的距离导致的。因此，意图在两表面上均以这样的方式提供非常薄的导电层，即，使导电层之间的距离限定间隙。这意味着在间隙的两侧上的各个部件上的基本对称的条件，即，设置T-磁轭和顶板以使在间隙中存在基本均匀的磁场。
间隙中的导电层的设置将使通过向音圈施加电流而在磁体组件中产生的任何的涡流短路。由于相同的原因(即，使涡流最小化)，音圈的线圈架(former)可由诸如钛或玻璃纤维的非导电材料制成。
此外，导电层(尤其当导电层为铜或其它导热材料时)会将热导离间隙。按这种方式，音圈上的热负载会较少，这又导致较少的失真。尤其重要的是，在本发明的实施例中，设置在T-磁轭和顶板之间的磁体是钕磁体，这是因为已知钕磁体在出现退磁之前具有较低的温度允差。
系统中存在的导电层以及位于根据本发明的磁体系统中该导电层的对称性将进一步降低自感，具体地说，与振幅有关(高/低)。
当确定分别在T-磁轭和顶板上的导电层时，对称性也是一个因素。T-磁轭的棒部件10的导电层的半径比顶板的内表面36的导电层的半径小。因此当层具有相同的厚度(通常为0.2mm)时，T-磁轭的导电层应该比顶板的导电层延伸得更长，借此将在音圈的会产生自感的工作区中存在对称的量的导电层。
永磁体系统产生静态磁场，而音圈中的交流电流(音乐信号)产生动态磁场。这些电流沿相对的方向，这导致了音圈的上下运动的阻尼效应(dampening effect)。当这些磁场互相作用时，出现磁通调制。如上所述的导电层减少该现象。在磁体系统中的诸如铁部件的导电材料中出现涡流。导电层还减少由位于间隙中的铁部件中的涡流导致的阻尼效应。此外，导电层还减少音圈中的自感。这主要由T-磁轭的表面10的导电层实现并且部分地由顶板的表面36的导电层实现。
导电层用于产生逆磁通(counterflux)以降低源于动态场的总磁通，从而降低音圈的自感。导电层越厚，对高电流的短路效果带来的改善了的低频表现越优良，然而同时，较厚的导电层也由于间隙中的铁部件之间的较长的距离而使磁场衰减。磁场的重要之处在于：随着电流经过设置在传统的扬声器的这种间隙中的音圈的绕组时，电流的波动将沿与磁通线垂直的方向与磁通量线作用，从而使音圈与对称轴平行地运动，使得可利用附着到音圈或与音圈一体的膜产生声音。为此，重要的是，在间隙中存在基本均匀的磁场，同时具有不衰减的磁场，从而需要提供与限定间隙的部分连接的较大/较强的磁体。
优选地，表面10的导电层延伸稍微超过边缘11，从而也覆盖T-磁轭2的棒部件8的轴向端部的外边缘。
同样地，优选地，顶板的表面36的导电层延伸稍微超过边缘38，从而也覆盖顶板的表面54的一部分或全部。
优选地，导电层从包括铜、银、铝、铂和金的组中选择。
在优选实施例中，层的厚度为0.1mm至0.7mm，例如0.15mm至0.6mm，例如0.18mm至0.32mm。
本发明的磁体组件的其他特征
如上所述，顶板的内表面36的直径d2与T-磁轭的棒部件的外表面10的直径d1之间的差限定了沿径向的延伸为
Figure BPA00001178854500121
的间隙。
优选地，距离
Figure BPA00001178854500122
为0.5mm至3.0mm，例如，0.75mm至2.0mm，例如，1.0mm至1.8mm。不管是否在T-磁轭和/或顶板上设置导电层，间隙距离均为
Figure BPA00001178854500123
其中，在可具有导电层和不具有导电层的情况下，d2和d1分别是顶板的表面36的直径和棒部件的直径。
在本发明的磁体组件的优选实施例中，T-磁轭2的背板12和顶板6包括轴向设置的孔58。这样的孔可作为用于容纳将组件固定到一起的螺栓，或者可作为冷却和/或通风通道。优选地，这些孔58位于具有大于d1的直径的圆上。
在多盘磁体系统设计的情况下，这些孔58也可存在于在盘之间具有间隙之处，例如可以是利用例如圆盘形磁体的壳体。
测试已经指出，在T-磁轭中设置通风孔58不影响T-磁轭或顶板中的磁通量线的均匀性。虽然在T-磁轭中避免孔有利于获得铁磁芯棒部件的尽可能均匀的饱和，但是测试已经指出，通风孔58对此不具有有害效果，对于上述尺寸的普通应用，在系统的软铁部件中存在1.6特斯拉。
通风孔58主要用于两种目的，也就是说，允许可由于钕磁体的设置而产生的热空气暴露到音圈。具有通风孔58允许暖/热空气排放，使得由T-磁轭、磁体和顶板限定的空间内部的温度保持为尽可能低，借此使产生的声音的失真最小化。此外，通风孔58用于避免由于膜的运动而在间隙中产生空气压强由于膜的移动而升高，空气压强会妨碍音圈在间隙中的运动。
在图4中示出了根据本发明的组装的磁体组件的剖视图。在该组件内，空气可被限制在由T-磁轭、单部分磁体和顶板限定的空腔中。虽然空气可通过间隙56排放，但是间隙56在通常情况下基本被运动的音圈所填充。限制在空腔内部的空气可由于由如上所述的磁体和音圈产生的热而产生气垫(aircushion)，气垫将使音圈的上下运动的能力受到抑制。因此，通过设置通风孔58来避免该效果。由于通风孔58被设置为距离间隙56较远，所以该孔不影响间隙中的磁通量场的均匀性，这是因为穿过T-磁轭的磁通量线将能够围绕通风孔58分布，从而在间隙中产生基本均匀的磁通量场。
在图1、图3a和图3b中，T-磁轭和顶板的边缘11和52分别被描绘为非常尖锐。这种描绘不应从字面理解。实际上，可以有利的是，T-磁轭和顶板的边缘11和52分别具有更圆滑的外观。这具有避免热点(即，可能出现磁通线会聚的点，这可能对间隙中产生的磁场的效果有害)的效果。按照这种方式，预见了在间隙56中的磁场和磁通线在整个间隙中均匀地分布，并且至少在间隙内部与对称轴10基本垂直。
实际上，与如上所述的T-磁轭2和顶板的表面11和52相比，这种圆滑边缘关于其它边缘可以是有利的。这也应用于优选地具有圆滑外观的T-磁轭2的边缘20。此外，由于部件变得在受到冲击时更不容易变形，所以这种圆滑边缘使在制造和组装部件的过程中容易处理特定部件。因此，在本说明书及权利要求书中，术语“边缘”应该被解释为限定具有不同的空间取向的两个表面之间的清晰可见的过渡的边界线。
孔13、15(见图1)可选择地设置在T-磁轭2中。孔13可用于固定楔子或塞子等，以基于磁体组件用于何种扬声器来与膜共同散播声音。同样地，孔15可被用于将磁体系统固定到支架等。
此外，孔13、15可以沿轴向延伸穿过整个T-磁轭2，从而使T-磁轭中空。
根据本发明的制造磁体组件的工艺
本发明的第二方面涉及一种制造根据任意本发明的磁体组件1的方法。该工艺涉及组装T-磁轭2、磁体系统4和顶板6；其中，通过选择表面36沿轴向的延伸来确定磁体组件1的间隙56中的磁通密度。
这样的工艺在商业上很吸引人，通过储存标准供给的T-磁轭、磁体系统和顶板，可以通过以下方法来简单地满足间隙中的磁通密度的特别需要，即，首先将顶板的内表面36的轴向范围修改为与间隙中的期望的特定磁通密度对应的范围；然后顺序地组装储存供应的T-磁轭、磁体系统和修改后的储存供应的顶板。
因此，仅通过简单地修改磁体组件的一个组件，就可以容易地并非常节约成本地从储存供应制造出表现出间隙中的不同的磁通密度的多种磁体组件。
无论以单部分环形磁性体的形式或以单独的盘形磁体的阵列的形式，磁体系统可以以标准的尺寸从磁性材料的供应商处获得。
T-磁轭和顶板优选地这样制成，即，首先将期望的金属或合金的块冷锻为与意图的产品更加相似的形状，并随后在车床中车削/磨削多余的材料。由于上述工艺在金属加工领域是公知的，所以上述工艺可以是自动化的。
使用磁体组件来制造扬声器
本发明的第三方面中涉及根据本发明的磁体组件用于制造扬声器的用途。
包括本发明的磁体组件的扬声器
本发明的第四方面中本质上涉及一种扬声器。扬声器包括根据本发明的磁体组件。音圈容纳到由T-磁轭的外表面10和顶板的上部内表面36之间的空间限定的间隙56中。此外，磁体组件1悬置于支架中并且膜悬置在音圈和支架之间。
扬声器制造领域中的技术人员应该了解如何组装包括根据本发明的磁体组件的扬声器。
在优选实施例中，本发明的扬声器为短音圈式，其中，音圈沿轴向的延伸比由T-磁轭的外表面10和顶板的上部内表面36之间的空间限定的间隙沿轴向的延伸短。
在根据本发明的扬声器的另一优选实施例中，扬声器为亚低频扬声器、低频扬声器、低中频扬声器、中频扬声器、高频扬声器或全频扬声器。
包括根据本发明的扬声器的扬声器箱
本发明的第五方面中本质上涉及一种扬声器箱。
扬声器制造领域中的技术人员应该了解如何组装包括根据本发明的扬声器的扬声器箱。
示例
申请人已经对不同布局的磁体组件的间隙中的磁通量进行了一系列的模拟。图8a至图8d示出了这些布局中的四种布局的表现。图8a、图8c和图8d均是根据本发明的磁体组件的布局。在图8a、图8c和图8d中清楚地看出，曲线42从顶板的下部内边缘40向下并向外延伸至顶板的底部内边缘44。这与图8b中示出的关于组件布局的情况不同，在图8b中顶板的上部内表面36始终垂直向下(但不向外)延伸到磁体的顶表面的垂直位置。因此，图8b中示出的磁体组件的布局不是根据本发明的。在本示例中，图8a、图8b、图8c和图8d中示出的不同布局的示例分别称作布局A、布局B、布局C和布局D。
为了模拟磁通图，申请人使用了Infolytica MagNet 6.22程序。
利用静态2D分析执行对气隙中的磁通强度和场曲线的模拟。
申请人已经将布局输入供应到上述程序。以从SolidWorks 3D模型中导出的DXF文件格式提供2D草图输入。布局的变化在MagNet中改变(改变边缘(Shift edges)等)。具体地说，磁体的尺寸为Φ90mm×Φ54mm×4mm。磁体材料为N38H，剩磁为Br＝1.2特斯拉。
具体地说，气隙被保持为20mm的高度(除了设计布局B之外，在布局B中气隙连续向下至磁体表面)。气隙的宽度也被恒定地保持为2.2mm，以为音圈(厚度1.3mm)和清理提供足够的空间。钢材料被限定为申请人使用的超低碳钢(最大0.1％)，然而可应用其它低合金钢，例如JISG3131 SPHC，可选地使用冷轧1010钢(来自MagNet材料数据库的CR10Loss)。
建议的MagNet设置：
Solver options
-pol.order＝2
-Newton tol.＝0.01％
-CG tol.＝0.01％
-Yes to“improve mesh before solving”
Adaption
-Use h-adaption
-20％h-adaption
-tolerance＝0.01％
Curve smoothness＝5(default＝18)
Element size＝2(Air element size＝5)
Curvature refinement＝0.03
结果
模拟的结果在图7中示出。图7示出了关于布局A、布局B、布局C和布局D中的每个的B场作为距间隙中心的轴向距离的函数。因此图7示出了关于布局A、布局B、布局C和布局D中的每个的间隙中的B场强度、间隙中的B场强度的均匀性以及间隙的每个轴向端部的衰减性质的对称程度。
布局D(根据本发明)
在该布局中，顶板的顶表面38与有T-磁轭的边缘11限定的顶表面平齐。图7(细虚线)示出了该布局在间隙中提供的最高的B强度。然而，这种高强度的代价是间隙外部的衰减性质较低的对称性(比较：在从10mm至15mm的距离处的陡曲线与从-10mm至-15mm的距离处的曲线相比)。然而，对于高端应用，这样程度的衰减性质的对称性被认为是可接受的。
布局A(根据本发明)
除了T-磁轭的棒部件轴向延伸超过顶板沿轴向的延伸之外，该布局与布局D相同。该布局的效果是在间隙内稍低的B场强度(比较：粗实线)。然而，与布局D相比，改善了间隙外部的衰减性质较低的对称性(从-10mm至-15mm的距离处的较不陡的曲线)。对于高端应用，布局A的性质被认为是可以接受的。
布局C(根据本发明)
该布局表现出顶板的可选设计，其中，顶板的外表面50从底部外边缘48垂直向上地(因此不向内)延伸至上部外边缘52。与布局A和布局D相比，该变化的效果对于间隙中的B场强度以及间隙外的B场的衰减对称性是中间结果(比较：细实线)。对于高端应用，布局C的性质被认为是可以接受的。
布局B(不根据本发明)
该布局表现了顶板的设计，其中，顶板的上部内表面36始终垂直向下(而不向外)延伸到磁体的顶表面的垂直位置。这种设计导致了关于间隙内的B场强度以及关于间隙外的衰减对称性的有害的效果，在图7中(粗虚线)可见间隙内的B场强度是表现出的四种布局中最低的。此外，间隙外的衰减性质完全不对称。由于这种不对称的衰减性质在扬声器中提供了偶次谐波失真，所以对于高端应用，这种性质被认为是高度不期望并且是不可接受的。这种偶次谐波失真是可以听见的。

Claims (19)

1.一种磁体组件(1)，所述磁体组件用于类型为具有运动膜并具有设置在所述磁体组件中的音圈的转换单元，所述磁体组件包括组件i)至组件iii)：
i)T-磁轭(2)；
ii)磁体系统(4)；
iii)顶板(6)；
其中，T-磁轭(2)包括主体，所述主体包括限定圆柱形的关于旋转轴对称的外表面(10)的棒部件(8)，所述圆柱形表面具有外直径d1和圆柱形边缘(11)；其中，圆柱形表面(10)的旋转轴的取向为垂直，并且圆柱形边缘(11)的取向为指向上部，T-磁轭(2)还包括：
背板(12)，包括底表面(14)；所述底表面(14)在其底部边缘(16)向外并向上延伸以限定在外边缘(20)终结的外背板表面(18)，其中，所述背板(12)还包括用于磁体系统的容纳表面(22)，用于磁体系统的所述容纳表面(22)基本沿水平方向从外边缘(20)向内延伸至内边缘(24)，其中，用于磁体系统的所述容纳表面(22)关于圆柱形表面(10)的旋转轴基本对称；
其中，所述磁体系统(4)是具有顶表面(26)、底表面(28)的环形体；其中，顶表面(26)与底表面(28)基本平行，其中，调整磁体系统(4)沿径向方向的尺寸，以能够安装到T-磁轭(2)的容纳表面(22)上；
其中，顶板(6)包括环形体，环形体包括基本为圆柱形并关于旋转轴对称的上部内表面(36)，所述上部内表面(36)从上部内边缘(38)延伸至下部内边缘(40)；所述上部内表面(36)具有直径d2；其中，圆柱形表面(36)的旋转轴的取向是垂直的，边缘(38)的取向指向上部，顶板还包括：下部内表面(42)，从下部内边缘(40)向下并向外延伸至底部内边缘(44)；底表面(46)，从底部内边缘(44)延伸至底部外边缘(48b)；所述底表面(46)基本水平；外表面(50)向上延伸，并优选地从底部外边缘(48、48a)向内延伸至上部外边缘(52)；顶部外表面(54)，从上部外边缘(52)延伸至上部内边缘(38)；其中，调整底表面(46)的尺寸，以能够安装到磁体系统(4)的顶表面(26)；
其特征在于：直径d1小于直径d2；顶板(6)以这样的方式设置在磁体系统(4)的顶部上，即，顶板(6)的底表面(46)与磁体系统(4)的顶表面(26)接触，磁体系统(4)以这样的方式设置在T-磁轭(8)的顶部上，即，磁体系统(4)的底表面(28)与T-磁轭(8)的容纳表面(22)接触；直径d1和直径d2之间的差在T-磁轭的圆柱形外表面(10)与顶板的上部内表面(36)之间限定间隙(56)，以能够容纳音圈；顶板的下部内表面(42)至少包括局部表面(42a)，所述局部表面(42a)以这样的方式限定曲线，即，表面(42a)上的任一点与外表面(50)之间沿水平方向的最短距离基本恒定，以对磁通量提供基本恒定的最小截面面积，以保持恒定的磁通密度。
2.如权利要求1所述的磁体组件，其特征在于距离
Figure FPA00001178854400021
为0.5mm至3.0mm，例如，0.75mm至2.0mm，例如，1.0mm至1.8mm。
3.如权利要求1或2所述的磁体组件，其中，T-磁轭和/或顶板由高磁导率的材料制成，由低合金钢(软铁)制成；和/或其中，磁体系统的主体包含钕、铁素体、钐钴或AlNiCo材料；或包含常另一种类的硬磁材料。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的磁体组件，其中，T-磁轭的圆柱形外表面(10)沿轴向延伸超过顶板的上部内表面(36)沿轴向的范围。
5.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其中，磁体系统(4)是单部分，并包括磁性材料的环形体，所述环形体包括：顶表面(26)、底表面(28)；外表面(30)，具有由内表面(32)限定的中心孔(34)；其中，内表面(32)与外表面(30)为圆柱形；其中，外表面(30)和内表面(32)与表面(26)和表面(28)基本垂直。
6.如权利要求1至4中的任意一项所述的磁体组件，其中，磁体系统(4)是由盘形磁体的阵列组成的主体，盘形磁体具有相同的直径并共同限定顶表面(26)和底表面(28)，其中，所述阵列的每个盘形磁体的中心在圆周上以基本相等的间距排列。
7.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其中，磁体系统沿径向的延伸超过顶板的表面(46)沿径向的延伸和/或超过T-磁轭的容纳表面(22)沿径向方向的延伸。
8.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，所述磁体组件还包括第四组件，所述第四组件为设置在T-磁轭的棒部件(8)的顶部上的助推磁体，优选地，所述助推磁体为关于旋转轴对称的盘形磁体。
9.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其中，顶板的外表面(50)沿从边缘(48、48a)上的点到边缘(52)上的最近的点的方向限定了凹曲线，和/或其中，顶板的下部内表面(42)沿从边缘(44)上的点到边缘(40)上的最近点的方向限定了凹曲线。
10.如权利要求1至9中的任意一项所述的磁体组件，其中，顶板的外表面(50)沿从边缘(48、48a)上的点到边缘(52)上的最近的点的方向限定了凸曲线，和/或其中，顶板的下部内表面(42)沿从边缘(44)上的点到边缘(44)上的最近点的方向限定了凹曲线。
11.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其中，顶板的下部内表面(42)至少包括局部表面(42a)，所述局部表面(42a)以这样的方式限定曲线，即，表面(42a)上的任一点与外表面(50)之间沿水平方向的最短距离基本恒定，以对磁通量提供基本恒定的最小截面面积，以保持恒定的磁通密度。
12.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其特征在于T-磁轭的圆柱形外表面(10)和/或顶板的上部内表面(36)设置有导电材料的层，所述层沿至少与间隙(56)的轴向长度对应的长度轴向地延伸，其中，所述导电的层优选地从由铜、银、铝、铂和金组成的组中选择。
13.如权利要求12所述的磁体组件，其特征在于所述层的厚度为0.1mm至0.7mm，例如0.15mm至0.6mm，例如0.18mm至0.32mm。
14.如前述权利要求中的任意一项所述的磁体组件，其中，T-磁轭(2)的背板(12)和顶板(6)包括轴向设置的孔，所述孔可用于容纳将组件固定到一起的螺栓，和/或可作为冷却和/或通风通道，其中，所述孔优选地位于具有大于d1的直径的圆上。
15.一种制造如权利要求1至14中的任意一项的磁体组件(1)的方法，该方法包括以下步骤：组装T-磁轭(2)、磁体系统(4)和顶板(6)；其中，通过选择顶板的表面(36)沿轴向的范围来预定磁体组件(1)的间隙(56)中的磁通密度。
16.如权利要求1至14中的任意一项的磁体组件用于制造扬声器的用途。
17.一种包括如权利要求1至14中的任意一项的磁体组件(1)的扬声器；其中，音圈容纳在由T-磁轭的外表面(10)和顶板的上部内表面(36)之间的空间限定的间隙(56)中；其中，磁体组件(1)悬置于支架中并且膜悬置在音圈和支架之间。
18.如权利要求17所述的扬声器，所述扬声器为短音圈式，其中，音圈沿轴向的延伸比由T-磁轭的外表面(10)和顶板的上部内表面(36)之间的空间限定的间隙(56)沿轴向的延伸短。
19.一种包括如权利要求17或18所述的扬声器的扬声器箱。
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