CN102006539B - 扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扬声器。该扬声器包括一音圈骨架，一音圈，一振动膜及一磁路系统。该音圈设置在该音圈骨架一端的外围。该振动膜与所述音圈骨架相连接。该磁路系统具有一磁场间隙。所述音圈设置在该磁场间隙中。所述音圈骨架包括一碳纳米管层状结构，该碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管。由于碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管，碳纳米管耐热性能稳定，可耐500摄氏度的高温，因此采用碳纳米管层状结构的音圈骨架具有良好的耐高温性能，应用范围较广。

Description

扬声器

技术领域

本发明涉及一种扬声器。

背景技术

电动式扬声器通常包括一音圈、一音圈骨架（Bobbin）、一磁路系统及一振动膜。所述音圈缠绕在音圈骨架一端的外围。所述音圈骨架与振动膜相连接。工作时，通过固定在音圈骨架上的音圈在磁路系统产生的磁场下的运动，从而推动振动膜振动并发出声波。扬声器的音量是评价扬声器优劣的一个重要指标。扬声器的音量与输入功率及电声转换效率相关。然而，受材料的比强度的限制，扬声器的输入功率不能无限制的增大。一般的微型扬声器的输入功率仅为0.3~0.5W。另一方面，由于现有材料的单位面积重量较大，使扬声器的电声转换效率无法进一步提高。因此，为了提高扬声器的输入功率及转换效率，进而提高扬声器的音量，则需要进一步提高扬声器中各组件的比强度及降低各组件的重量。

音圈骨架是扬声器中重要的组件之一，其主要作用是在磁场的作用下推动振动膜做前后往复运动，进而推动周围空气运动，发出声波。音圈骨架应具有重量轻，比强度大的特点，以满足其使用寿命长，易于震动等要求。此外，当扬声器的功率较大时，线圈骨架周围缠绕的音圈由于焦耳热的作用产生较高的温度，因此，音圈骨架应具有较好的耐高温性质。现有的音圈骨架的材料通常采用纸、布、聚合物或者复合材料等。然而，这些材料的耐高温性能通常较差，一般只能达到250摄氏度左右，无法满足一些大功率扬声器的应用。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有耐高温音圈骨架的扬声器。

一种扬声器，其包括：一音圈骨架；一音圈，该音圈设置在所述音圈骨架的外围；一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及一磁路系统，该磁路系统具有一磁场间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中；其中，所述音圈骨架为一碳纳米管层状结构围成的中空管状结构，该碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管。

一种扬声器，其包括：一音圈骨架；一音圈，该音圈设置在所述音圈骨架一端的外围；一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及一磁路系统，该磁路系统具有一磁场间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中；其中，所述音圈骨架为多个碳纳米管构成的中空管状结构。

与现有技术相比较，由于碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管，碳纳米管耐热性能良好，可耐500摄氏度的高温，因此采用碳纳米管层状结构的音圈骨架具有良好的耐高温性能，应用范围较广。

附图说明

图1是本发明实施例提供的扬声器的立体分解结构示意图。

图2是图1的扬声器的剖面示意图。

图3是本发明实施例扬声器中的音圈骨架采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图4是本发明实施例扬声器中的音圈骨架采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图5是本发明实施例扬声器中的音圈骨架采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图6是本发明实施例扬声器中的由碳纳米管膜形成的音圈骨架的结构示意图。

图7是本发明实施例扬声器中的由一根碳纳米管线状结构形成的音圈骨架的结构示意图。

图8是本发明实施例扬声器中的由多根平行的碳纳米管线状结构形成的音圈骨架的结构示意图。

图9是本发明实施例扬声器中的由多根环状碳纳米管线状结构形成的音圈骨架的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的扬声器。

请参见图1及图2，本发明提供一种扬声器100。该扬声器100包括一支架110、一磁路系统120、一音圈130、一音圈骨架140、一振动膜150及一定心支片160。所述支架110固定于所述磁路系统120。所述音圈130设置在所述音圈骨架140靠近所述磁路系统120的一端的外表面，且收容于所述磁路系统120。所述振动膜150或定心支片160的一端固定于所述支架110，另一端固定在音圈骨架140上。

所述支架110为一端开口的圆台形结构，其具有一空腔111及一底部112。该空腔111用于容设所述振膜150以及定心支片160。该底部112还具有一中心孔113，该中心孔113用于套设所述磁路系统120。该支架110通过底部112与磁路系统120相对固定。

所述磁路系统120包括一导磁下板121、一导磁上板122、一磁体123及一导磁芯柱124。所述磁体123相对的轴向两端分别由同心设置的导磁下板121及导磁上板122所夹持。所述导磁上板122及磁体123均为环状结构，所述导磁上板122及磁体123在所述磁路系统120中围成一柱形空间，该柱形空间为一圆柱状结构的空间。所述导磁芯柱124容置于所述柱形空间，其自所述导磁下板121往导磁上板122延伸而出且与所述磁体123形成一环形磁场间隙125用于容置所述音圈130。所述磁路系统120靠近所述导磁上板122的一端套设并固定于所述中心孔113。

所述振动膜150为所述扬声器100的发声单元。该振动膜150的形状不限，与其具体应用有关，如当所述振动膜150应用于大型扬声器100时，该振动膜150可为一空心圆锥体结构；当所述振动膜150应用于微型扬声器100时，该振动膜150可为一圆片状结构。所述振动膜150的底端与所述音圈骨架140可通过粘结的方式固结，其另一端的外缘与所述支架110活动连接，即振动膜150与支架110连接的一端可以上下运动，以达到振动发声的效果。本实施例中，该振动膜150为一空心圆锥体结构。

所述定心支片160为一波浪形环状结构，其由多个同心圆环组成。该定心支片160的内缘套设在所述音圈骨架140上，用于支持所述音圈骨架140，该定心支片160的外缘固定在所述支架110靠近所述中心孔111的一端。该定心支片160具有较大的径向刚性和较小的轴向刚性，从而使所述音圈130在所述磁场空隙125中自由地上下移动而不做横向移动，避免该音圈130与磁路系统120碰触。

所述音圈130设置于音圈骨架140的外表面，并容置于所述磁场间隙125中。音圈130为扬声器100的驱动单元，该音圈130为较细的导线在所述音圈骨架140上绕制而形成，优选地，所述导线可为漆包线。当所述音圈130接收到音频电信号时，该音圈130产生随音频电信号的强度变化而变化的磁场，此变化的磁场与磁场间隙125中的由磁路系统120产生的磁场之间发生相互作用，从而迫使该音圈130沿轴向振动。

所述音圈骨架140为中空管状结构，其与所述导磁芯柱124同心设置且套设在所述导磁芯柱124上。所述音圈骨架140可收容于所述磁场间隙125中。该音圈骨架140的外表面与所述音圈130固接，且其远离所述磁路系统120的一端固结在所述振动膜150的中心位置，从而当所述音圈骨架140随音圈130振动时，带动所述振动膜150振动，从而使所述振动膜150周围的空气运动，产生声波。

所述音圈骨架140包括一碳纳米管层状结构。本实施例中，由于音圈骨架140的形状应为中空的管状结构，因此碳纳米管层状结构需构成一中空的管状结构。所述碳纳米管层状结构包括多个有序或无序排列的碳纳米管。所谓无序是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管层状结构包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列。当碳纳米管层状结构包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管可沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所述碳纳米管层状结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米~50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。

所述碳纳米管层状结构包括至少一碳纳米管膜，至少一碳纳米管线状结构或其复合结构。当碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管线状结构时，该多个碳纳米管线状结构平行设置、交叉设置或相互编织。当碳纳米管层状结构包括至少一碳纳米管膜和至少一碳纳米管线状结构的复合结构时，该至少一碳纳米管线状结构设置在该至少一碳纳米管膜的表面。

所述碳纳米管膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。当所述碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管膜时，该多个碳纳米管膜层叠设置。所述碳纳米管膜可包括碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜。所述碳纳米管线状结构可以包括至少一个碳纳米管线、多个碳纳米管线平行排列组成的束状结构或多个碳纳米管线相互扭转组成的绞线结构。

请参阅图3，所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列中拉取所获得的碳纳米管膜。碳纳米管拉膜包括多个沿同一方向择优取向且平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米~100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管拉膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。可以理解的是，当该碳纳米管层状结构由碳纳米管拉膜组成，且碳纳米管层状结构的厚度比较小时，例如小于10微米，该碳纳米管层状结构有很好的透明度，其透光率可以达到90%。所述碳纳米管层状结构还可包括两层或两层以上的碳纳米管拉膜。当所述碳纳米管层状结构包括两层或两层以上的碳纳米管拉膜时，该多层碳纳米管拉膜相互叠加设置或并列设置。相邻两层碳纳米管拉膜中的择优取向排列的碳纳米管的排列方向之间形成一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度（0°≤α≤90°）。

所述碳纳米管絮化膜为通过一絮化方法形成的碳纳米管膜，该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚度为1微米~1毫米，优选为100微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请的，于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列形成的碳纳米管膜。该碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。碳纳米管也可以是各向同性的。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管层状结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15°)，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列。当从碳纳米管阵列的上方垂直碾压碳纳米管阵列时，碳纳米管碾压膜是各向同性的。

该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米~1毫米。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大，反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，于2008年12月3日公开的第CN101314464A号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管线状结构包括至少一根碳纳米管线。当碳纳米管线状结构包括多根碳纳米管线时，碳纳米管线平行设置或相互螺旋缠绕。

所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。请参阅图4，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线轴向方向排列并首尾相连的碳纳米管。该多个碳纳米管相互平行且基本平行于碳纳米管轴向方向。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图5，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2007年6月20日公开的第CN1982209A号中国公开专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的直径及比表面积进一步减小，从而使其密度及强度进一步增大。

由于该碳纳米管线为采用有机溶剂或机械力处理上述碳纳米管拉膜获得，该碳纳米管拉膜为自支撑结构，故该碳纳米管线也为自支撑结构。

由于所述音圈骨架140用于支撑音圈130，因此音圈骨架140应具有固定的形状和强度，且不易发生变形。该音圈骨架140的制备方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层状结构；提供一辅助装置，使用该辅助装置使碳纳米管层状结构形成一固定的形状；将该固定形状的碳纳米管层状结构在一预定温度下进行热处理，使碳纳米管层状结构保持住该固定形状；将该固定形状的碳纳米管层状结构从该辅助装置上取下。

本实施例中，该辅助装置为一金属管，碳纳米管层状结构包覆于该金属管的外表面，使该碳纳米管层状结构因金属管的支撑保持一中空的管状形状。请参见图6，当碳纳米管层状结构包括至少一碳纳米管膜24时，该碳纳米管膜24直接包覆于该金属管的外表面，使该碳纳米管膜24固定形成一中空的管状音圈骨架。请参见图7，当碳纳米管层状结构包括一根碳纳米管线状结构22时，该碳纳米管线状结构22螺旋盘绕于该金属管的外表面，固定形成一中空的管状结构的音圈骨架。请参见图8，当碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管线状结构22时，该多个碳纳米管线状结构22可平行设置于金属管的外表面，并紧密排列，即相邻的两个碳纳米管线状结构22之间相互接触。该多个紧密排列的碳纳米管线状结构22固定形成一中空的管状结构的音圈骨架。为使碳纳米管线状结构22之间紧密结合，相邻的碳纳米管线状结构22之间可使用粘结剂（图未示）粘结于一起。请参见图9，当碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管线状结构22时，每个碳纳米管线状结构22可环绕金属管一周形成一圆环，相邻的两个圆环紧密结合。该多个碳纳米管线状结构22形成多个圆环，该多个圆环紧密排列固定形成一中空的管状结构的音圈骨架。当碳纳米管层状结构包括碳纳米管膜和碳纳米管线状结的复合结构时，该多个碳纳米管膜层叠设置包覆于金属管的外表面形成一中空的管状结构，碳纳米管线状结构可按照图7，8，9中的方式设置于碳纳米管膜结构的外表面。可以理解，该音圈骨架140中碳纳米管层状结构的方式不限于上述结构，任何可以构成管状结构的碳纳米管层状结构均在本发明所要保护的范围内。

所述将固定形状的碳纳米管层状结构进行在一预定温度下进行热处理的步骤在真空环境下或保护气体存在的条件下进行。使碳纳米管线保持住该固定形状所述预定温度可为600~2000摄氏度，优选的，该预定温度为1600~1700摄氏度。由于碳纳米管层状结构中的碳纳米管通过范德华力相互结合，该热处理过程，对所述由于范德华力作用而相互连接在一起的碳纳米管可起到一焊接效果，并使其保持住预定形状。所述热处理过程可采用通以加热电流或高温加热两种方式进行：

(1)对于通以加热电流方式，可直接该固定形状的碳纳米管层状结构通入一加热电流，并维持一段时间。该加热电流的大小可依碳纳米管层状结构的厚度和面积而定，其应保证使碳纳米管层状结构的温度达到所述预定温度。在通以加热电流进行热处理的过程中，若热处理维持的时间过长，则会导致碳纳米管线自身缺陷的增大以及碳的流失，故该维持的时间以不超过4小时为佳。

(2)对于高温加热方式，可将固定形状的碳纳米管层状结构置入具有一预定温度之高温环境，如石墨炉中，并维持一段时间，所述维持时间依温度的高低而定。例如在约2000摄氏度的预定温度下进行热处理，维持约0.5~1小时即可。

由于碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管，碳纳米管性能稳定，可耐500摄氏度作用的高温，因此采用碳纳米管层状结构的音圈骨架具有良好的耐高温性能，应用范围较广。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种扬声器，其包括：

一音圈骨架；

一音圈，该音圈设置在所述音圈骨架的外围；

一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及

一磁路系统，该磁路系统具有一磁场间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中；

其特征在于：所述音圈骨架为一碳纳米管层状结构围成的中空管状结构，该碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管。

2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管层状结构为一自支撑结构，该碳纳米管层状结构中的碳纳米管均匀分布。

3.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括至少一碳纳米管膜，至少一碳纳米管线状结构或碳纳米管膜与碳纳米管线状结构组成的复合结构。

4.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。

5.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力相互缠绕。

6.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管膜层叠设置。

7.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线，该碳纳米管线包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管。

8.如权利要求7所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管线中的多个碳纳米管相互平行且基本平行于碳纳米管线轴向。

9.如权利要求7所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管线中的多个碳纳米管绕碳纳米管线轴向螺旋延伸。

10.如权利要求7所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线平行设置组成束状结构或多个碳纳米管线相互扭转设置组成绞线结构。

11.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管线状结构平行设置、交叉设置或编织成网状结构。

12.如权利要求3所述的扬声器，其特征在于，所述音圈骨架为一个碳纳米管线状结构螺旋盘绕形成的中空管状结构。

13.一种扬声器，其包括：

一音圈骨架；

一音圈，该音圈设置在所述音圈骨架一端的外围；

一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及

一磁路系统，该磁路系统具有一磁场间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中；

其特征在于：所述音圈骨架为多个碳纳米管构成的中空管状结构。

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