CN102077610B

CN102077610B - 用于线圈换能器式电机结构的音圈支承件

Info

Publication number: CN102077610B
Application number: CN200980125439.4A
Authority: CN
Inventors: 盖伊·勒马匡德; 马赛厄斯·里米; 盖尔·盖亚德
Original assignee: Universite du Maine; Renault SAS
Current assignee: Universite du Maine; Renault SAS
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: BRPI0914701B1; CN102077610A; RU2525571C2; EP2141939B1; BRPI0914701A2; MX2010014397A; US8971564B2; RU2010154387A; JP5442728B2; JP2011526452A; KR20110025675A; AU2009266026A1; US20110103638A1; CA2729066A1; KR101535698B1; EP2141939A1; CA2729066C; AU2009266026B2; WO2010000481A1

Abstract

本发明涉及用于线圈换能器式电机结构(10)的音圈支承件(21)，其具有沿位移轴线Z朝向一端的第一表面(26)和朝向另一端的第二表面(22)，该音圈支承件适于容纳至少一个围绕着外表面(27)缠绕的线圈(22H、22L)，该线圈布置成用于当音圈支承件(21)置于磁场中时随着电流被驱动流过该线圈(22H、22L)而使音圈支承件(21)沿它的位移轴线Z位移，其特征在于，该音圈支承件(21)包括适于防止在至少第一表面(26)与第二表面(22)之间的气流连通的材料。

Description

用于线圈换能器式电机结构的音圈支承件

技术领域

本发明涉及用于线圈换能器式电机结构的音圈支承件，尤其涉及适于布置在磁场中的音圈支承件，以使该音圈支承件沿位移的轴线往复运动。

背景技术

本发明公开的背景(context)是用于扬声器的运动音圈换能器式电机组件。然而，相信在其它的应用中例如麦克风、地音探测器(geophone)和振荡器(shaker)也是有用的。

通常，音圈换能器式电机组件，例如在传统的电动的(electrodynamic)扬声器中所使用的那些，包括适于产生磁场的磁场产生装置，其中，线圈固定在也被称为芯轴(mandrel)或音圈支承件的运动部件上，该线圈能够受驱动电流驱动以使连接至音圈支承件的膜件(diaphragm)振动而产生声音。为了改善输出(yield)，以及减小扬声器的惯量(inertia)，运动部件和膜件所连接到的音圈支承件被设计为尽可能轻。

为满足这些要求，音圈支承件为通常中空的圆柱体，膜件为圆锥体材料，两者都由材料诸如纸，铝，例如是的聚酰亚胺(polyimide)膜，玻璃纤维或者另一轻复合材料制成。

减小这些音圈支承件的重量会减小它们的刚度(rigidity)并且导致在共振(resonant)频率中产生震点(hitting)。这样，音圈换能器式电机组件的频率响应就受到非线性(nonlinearity)的影响。

因为机械模式与声学模式之间的模式耦合，所以发生这些非线性，从而导致机械波与声学波(acoustic wave)之间的能量转移(transfer)。

此问题引起集成了这种音圈换能器式电机组件的扬声器所产生的声音的一些和声(harmonics)难以听见和几乎消失(extinguish)，特别是在高频。在低频，一些能量在组件的激励过程中被吸收而当激励停止时被恢复(restitute)，从而引起较长的后沿(trailing edge)，因而扬声器中所产生的声音不清。

发明内容

本发明的一个目标是，提供一种改进的用于线圈换能器式电机组件的音圈支承部件，特别是减小或者消除模式耦合及它所产生的缺点的这样一种组件。

对此，本发明提供一种根据权利要求1的用于线圈换能器式电机组件的音圈支承件。

本发明的更多的有利特征构成从属权利要求的主题：

优选地，音圈支承件可具有由一件式实心材料制成的单体结构，具有在关注的频率范围(a frequency range of interest)(优选为可听频率范围)之外的固有频率下的机械模式振动。通过提供一种具有在可听频率范围之外的固有频率下的机械模式振动的单体的音圈支承件，机械模式与声学模式之间的模式耦合以及由此在机械模式与声学模式之间的机械能量交换仅发生在超出可听上极限频率之外，通常在关注的频率范围之外大约20kHz。即使一些量的机械能量交换，该能量并不传输到音圈支承件的外表面。

该音圈支承件的所述单体结构包括具有无限的或者准无限的(quasi-infinite)气流抵抗性的材料。

该音圈支承件的所述单体结构可包括闭孔隙(closed pore)材料，例如碳慕斯(carbon mousse)化合物，或者聚苯乙烯(polystyrene)化合物，其产生具有刚性以及轻的运动部件。

该音圈支承件的单体结构可包括开孔隙(open pore)材料例如弹性体慕斯(elastomeric mousse)。

该音圈支承件的单体结构可包括可透过磁场的(transparent)材料并且优选为电绝缘体。

根据一实施例，至少第一表面和第二表面，并且优选是第一表面、第二表面和外表面，涂覆有至少部分防水材料，该防水材料可包括树脂或清漆例如丙烯酸(acrylic)或者纤维素清漆(cellulosic vanish)。

有利地，音圈支承件的外表面可涂覆一种抵抗因与铁磁流体密封件接触产生浸润的材料以限制涡流(Eddy current)效应，该材料例如为非金属材料。

优选地，适于容纳线圈绕线的脊部限定为在围绕音圈支承件的圆周的外表面中。

有利地，第二表面可在平面、凹的(concave)或者凸的(convex)表面中选取。

优选地，音圈支承件可制成实心的旋转体形状。

优选地，音圈支承件的形状可从下列中选取：

-圆柱体形状，

-两个截锥部在它们的较小表面基侧(base side)相互连接的两个圆锥截锥部(frustum potion)形状-两个截锥部在它们的较小表面基侧分别连接至一个圆柱体部的两个圆锥截锥部形状，或者

-旋转抛物面(paraboloid of revolution)形状。

本发明还涉及制造根据本发明的音圈支承件的方法，该方法包括下列步骤：

-提供期望材料的液体或者粉末到期望形状的铸模中，

-凝固(set)该材料以形成所述音圈支承件，

-从铸模中移除获得的音圈支承件。

制造根据本发明的音圈支承件的方法的更多的有利特征构成从属权利要求的主题：

-该方法可包括在音圈支承件的外表面中切割出脊部的步骤；

-该方法可包括下述步骤：在将材料提供到铸模中之前，将线圈绕线设置在铸模中并且维持线圈绕线在适当位置直到材料凝固。

本发明还涉及结合有至少一个磁性元件的线圈换能器式电机结构，该磁体元件布置成为所述至少一个磁性元件的端部之间的磁通提供通路(path)，所述至少一个线圈缠绕在根据本发明的往复运动的音圈支承件上。

本发明还涉及结合有根据本发明的线圈换能器式电机结构的扬声器，该线圈换能器式电机结构固定在机壳的顶部从而提供回程装置。

该扬声器可结合机壳中的悬挂线，该悬挂线向一端连接至音圈支承件的第一表面而向另一端连接至机壳，并且可优选地沿位移轴线Z延伸。

附图说明

现在将通过仅举示例的方式并参考附图对本发明进行描述，其中：

-图1概略性表示包括根据第一实施例的单体的音圈支承件的音圈换能器式电机组件的横截面；

-图2概略性表示包括根据第二实施例的单体的音圈支承件的音圈换能器式电机组件的横截面；

-图3概略性表示包括根据第三实施例的单体的音圈支承件的音圈换能器式电机组件的横截面；

-图4概略性表示包括根据第四实施例的单体的音圈支承件的音圈换能器式电机组件的横截面；

-图5A和图5B分别以透视图表示具有凹的和凸的发射(emissive)表面的音圈支承件。

具体实施方式

参考附图，此刻尤其是图1，其示意一个贯穿扬声器10的横截面。

此扬声器10大体上包括：机壳11，在其顶部布置的音圈换能器式电机结构20包括适于沿位移的轴线Z运动的音圈支承件21或者运动部件。发射表面22位于音圈支承件21的顶部，处于音圈支承件21的下表面26的对立面，下表面26部分地闭合机壳11的顶部。此发射表面22适于将由音圈换能器式电机结构20产生的激励(excitation)传送至空气。

上音圈22H和下音圈22L缠绕在音圈支承件21的侧面27，并且至少一个磁性元件23布置成用于提供其所产生的、围绕上音圈22H和下音圈22L所处位置的磁场的集中(concentration)。如图所示，磁性元件23隔开一段距离地包围音圈支承件21。

在图1中，上音圈22H和下音圈22L布置在围绕音圈支承件21的圆周的侧面27中所形成的脊部(ridge)24中。

通过驱动电流在上音圈22H和下音圈22L中流通(circulate)，音圈支承件21能够沿位移的轴线Z运动。

音圈支承件沿它的位移的轴线Z受用作引导元件的铁磁流体密封件25的引导。一种可能的铁磁流体密封件是专利文献FR2892887中所公开的类型，该专利文献的全部内容通过参考结合于此。

如图1所示，铁磁流体密封件25布置在运动部件21与磁体元件23之间。铁磁流体密封件25布置成围绕着磁通梯度为最大的位置，这里为从上音圈22H到下音圈22L的距离的中间处。

相比于公知的通常由弹性体(elastomer)制成的悬挂(suspension)元件，利用铁磁流体密封件25能帮助避免线圈换能器式电机结构20中运动部件21在运动中的非线性。

而且，铁磁流体密封件25用作热桥(thermal bridge)，从而使线圈中电流流通所产生的热能够流过并且消散(dissipate)在磁性元件23中和机壳11中。

如果铁磁流体密封件25使音圈支承件21能够沿它的位移轴线Z被引导，则回程(return stroke)装置的设置用于使音圈支承件21能够沿它的轴线Z往复运动。

当音圈支承件21沿位移的轴线Z运动时，这些装置利用机壳11中的容积变化(volume change)。机壳11中所确定的容积，在顶部由线圈换能器式电机结构20限定(delimit)，并且至少部分地由音圈支承件21的下表面26限定。

孔12制造在机壳11中，从而提供小的泄漏(leakage)，相比于线圈换能器式电机结构20运行所处的频率，孔的尺度适于设置长时间常数。孔12使平衡机壳11中的压力能够用于音圈支承件21的准静态的或者长期的运动，并且补偿大气压力变化。

例如，对于机壳11中所确定的大约10立方厘升的容积，孔12的直径包括在0.1与1mm之间。

当音圈支承件21向上运动时，机壳11中的压力减小，产生低压并且产生回程力，该回程力通过音圈支承件的下表面26来留驻(retain)音圈支承件21。少量的空气通过孔12吸进机壳11中，以缓慢增加机壳11中的压力。

当音圈支承件21向下运动时，机壳11中的压力增大，一些空气通过孔12缓慢地排出机壳11外。

在通常的运行频率范围，空气交换的量是可以忽略的。

这样，音圈支承件21就由于抽吸效应(effect of suction)通过它的下表面26被留驻。这种回程装置具有的优点是：与弹性体悬挂装置不同，它不将非线性引入音圈换能器式电机结构20。

悬挂线13可连接为一端至音圈支承件21的下表面26和另一端至机壳11，并优选地沿位移轴线Z延伸。

此悬挂线13适于防止在回程装置故障的情况下音圈支承件21被推出音圈换能器式电机结构20的顶部，例如当沿位移轴线Z发生强烈的冲击时。

因此，悬挂线13的长度设计成使得悬挂线13仅当回程装置不起作用或者超出它们的工作范围之外时才进行动作。

有利的是，音圈支承件21具有单体结构，优选地制成为旋转体形状。此单体结构由一件式实心材料制成，即音圈支承件21由大块(massive)材料制成而无中空部件，并且优选地通过铸造获得。此单体结构适于具有在20Hz至20kHz之间的可听频率范围之外的固有的机械模式的振动。因此，防止了在关注(interest)的频率范围内机械模式与声学模式之间的模式耦合，该关注的频率范围为用于扬声器的可听频率范围。音圈支承件21的这种实心的单体结构，容许机械模式在超出关注的频率范围的上频率之外发生，或者例如在扬声器中超出可听声音的上极限之外。

此单体结构能够防止在关注的频率范围内音圈换能器式电机结构20的激励过程中机械模式与声学模式之间的耦合。因此使得由扬声器10产生的声音更清晰并且具有更高的质量，而声学信号的上升沿和后沿更尖锐(sharp)。

此单体结构还应当防止至少在下表面26与发射表面22之间的声学波的传送。因此，音圈支承件21包括一种优选地具备(exhibit)准无限的或者无限的气流抵抗性的材料。

因此，这种材料适于防止至少在下表面26与它的发射表面22之间的气流连通(airflow communication)，或者更一般而言在至少下表面26与它的发射表面22之间的流体的连通。优选地，此材料防止在音圈支承件21的表面22、26、27的任一表面与任一其它表面22、26、27之间的流体的连通。

因此，此材料的气流抵抗性的最小绝对值是这样的值：其使音圈支承件21内的气流的速度以包括在范围2至4内的因数(factor)减小。

为了改善音圈换能器式电机结构20的输出和效能，音圈支承件设计为尽可能轻以及足够刚性(rigid)，以防止在可听声音带宽内的模式耦合。由于这些原因，申请人已注意到，闭孔隙材料或者开孔隙材料，优选地在音圈支承件21的外表面27上带有适当的防水涂层，为最适合的用于制造音圈支承件21的材料。

该音圈支承件21的外表面27优选地覆盖以一种材料，该材料适于不受铁磁流体密封件25浸润，并且用于使铁磁流体密封件25更好地在外表面27上滑动，并且用于使铁磁流体密封件25不因音圈支承件材料21的吸收而消失。

举例来说，适合用于外表面27的材料包括非金属材料、丙烯酸(acrylic)或者纤维素清漆(cellulosic vanishes)。这些涂层能够被蒸发(vaporize)到音圈支承件21上并且帮助防止在音圈支承件21周围涡流(Eddy current)的形成。这些涂层能通过例如化学气相沉积方法而施加于外表面27上。

闭孔隙材料也能够防止声学波从音圈支承件21的底表面26传播至发射表面22，该声学波原本会扰乱扬声器10中产生的声学信号。

此材料应可透过磁体元件23所产生的磁场，这使线圈绕线22H、22L能够被辐射(irradiate)，并且此材料优选地为电绝缘体。

举例来说，适合的闭孔隙材料包括碳慕斯化合物、聚苯乙烯化合物等。

具有无限的或者准无限的气流抵抗性的开孔隙材料也适合作为音圈支承件21的构成材料。

举例来说，适合的开孔隙材料包括弹性体慕斯或者泡沫。

当音圈支承件21由开孔隙材料制成时，至少第一表面26和第二表面22，优选是第一表面26、第二表面22和外表面27，涂覆有材料，该材料可包括树脂或者清漆例如丙烯酸或者纤维素清漆以实现至少部分的防水效果。

根据本发明，音圈支承件21可通过多种方式获得。

在第一变型中，音圈支承件21可如下地获得：提供大块的(chunk)的期望的实心材料，将该大块的实心材料切割成期望的形状，优选地在音圈支承件的外表面27上涂覆以一种在树脂或者清漆中所选取的适于不受铁磁流体密封件25浸润的材料。

然后脊部24被切入至音圈支承件21的外表面27，它们的尺度和位置适于容纳线圈绕线22H、22L。

在第二变型中，音圈支承件21可如下地获得：提供期望的材料的液体或者粉末，将该材料浇注(pouring)或者注射入具有期望形状的铸模(castingdie)中，等待该材料的固化，一旦材料已变成固体就将获得的音圈支承件从铸模中移除。

优选地，该第二变型包括一个步骤，即在音圈支承件21的外表面27上涂覆以一种在树脂或者清漆中所选取的适于不受铁磁流体密封件25浸润的材料。

脊部24可以如第一变型中的相同的方法设置。

在第三变型中，音圈支承件21可通过吹制工艺(blowing process)而获得。在此情况中，音圈支承件21将具有单体结构，即可具有内部中空的部分但是为封闭的容积结构的一件式固体材料。这就是说，音圈支承件21将具有上表面22和下26表面。

脊部24可以如第一和第二变型中的相同的方法设置。

线圈绕线22H、22L也可在引入材料(优选地通过材料的注射)以前放置在铸模中，并维持处于适当位置直到材料固化。此方法容许更快和更高效地制造音圈支承件21并且使线圈绕线一体化于模制过程中。

根据如结合图1所公开的本发明的第一实施例，音圈支承件21具有圆柱体形状。当铁磁流体密封件25在外表面27上滑动的同时，音圈支承件21能够沿它的位移轴线Z往复运动。回程力主要通过下表面26与机壳11之间的相互作用(interaction)而施加。

根据如图2所示的本发明的第二实施例，音圈支承件21具有单体结构处于两个圆锥截锥部(截锥部)形状，这些截锥部在它们的较小表面基侧(baseside)相互连接。

这两个截锥部的连接的位置设计为处在从上音圈22H至下音圈22L的中间距离处。因此，在音圈支承件21的平衡位置(resting position)，铁磁流体密封件25位于这两个截锥部的连接的位置处。在外表面27中设计的倾斜，意图在于提供附加的回程力，该附加的回程力当音圈支承件21向上或向下运动时倾向于将音圈支承件21拉回它的平衡位置。

根据图3所示的本发明的第三实施例，音圈支承件21具有单体结构处于如下的形状：两个圆锥截锥部在它们的较小表面基侧(base side)分别连接至一个圆柱体部(cylindrical portion)。该圆柱体部位于在上音圈22H至下音圈22L的中间距离处。因此，在音圈支承件21的平衡位置，铁磁流体密封件25处于紧靠圆柱体部。该圆柱体部的高度设定了音圈支承件21的摆幅(excursion)，在该处的运动只有由机壳11产生的回程。该圆柱体部容许有沿圆柱体部延伸的、更宽的铁磁流体密封件25。

根据图4所示的本发明的第四实施例，音圈支承件21具有单体结构，为旋转抛物面(paraboloid of revolution)形状。随着音圈支承件21运动离开它的平衡位置，此实施例有利于铁磁流体密封件25逐渐增大施加回程力，特别适于将音圈支承件21沿它的位移轴线Z定位。

根据本发明的音圈支承件21包括适于从扬声器10向外延伸的、朝向音圈支承件21的一端的发射表面22。

该表面取代在现有技术的扬声器中存在的膜件(diaphragm)，来防止非线性的引入。

依据所用的扬声器10的发射场的特性，发射表面22可采用多种形状，从图1至4所呈现的平的，到图5A和5B中所示的凹的或凸的。这样，扬声器10所产生的声音的方向性(directivity)能够被调节(tune)。

图5A示意凹的发射表面22。

图5B示意凸的发射表面22。

Claims

1.一种用于线圈换能器式电机结构(10)的音圈支承件(21)，具有沿位移的轴线Z朝向一端的第一表面(26)和朝向另一端的第二表面(22)，该音圈支承件适于容纳至少一个围绕外表面(27)缠绕的线圈(22H，22L)，该线圈布置成用于当音圈支承件(21)置于磁场中时随着电流被驱动流过该线圈(22H，22L)而使音圈支承件(21)沿它的位移轴线Z位移，其特征在于，音圈支承件(21)包括适于防止在至少第一表面(26)与第二表面(22)之间的气流连通的材料，音圈支承件(21)具有由一件式实心材料制成的单体结构，具有在关注的频率范围之外的固有频率下的机械模式振动。

2.根据权利要求1所述的音圈支承件(21)，其特征在于，该音圈支承件(21)的单体结构包括具有无限的或者准无限的气流抵抗性的材料。

3.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，由一件式实心材料制成的该单体结构包括闭孔隙材料。

4.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，该音圈支承件(21)的单体结构包括开孔隙材料。

5.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，由一件式实心材料制成的该单体结构材料包括可透过磁场的材料。

6.根据权利要求1所述的音圈支承件(21)，其特征在于，至少第一表面(26)和第二表面(22)涂覆有至少部分防水材料，该防水材料包括树脂或清漆。

7.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述外表面(27)涂覆一种抵抗因与铁磁流体密封件(25)接触产生浸润的材料以限制涡流效应。

8.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，适于容纳线圈绕线(22H，22L)的脊部(24)限定为在围绕音圈支承件(21)的圆周的所述外表面(27)中。

9.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，音圈支承件(21)的第二表面可在平面、凹的、或者凸的表面中选取。

10.根据权利要求1或2所述的音圈支承件(21)，其特征在于，音圈支承件制成旋转体形状。

11.根据权利要求10所述的音圈支承件(21)，其特征在于，音圈支承件(21)的形状可从下列中选取：

-圆柱体形状，

-两个截锥部在它们的较小表面基侧相互连接的两个圆锥截锥部形状，或者

-两个截锥部在它们的较小表面基侧分别连接至一个圆柱体部的两个圆锥截锥部形状，或者

-旋转抛物面形状。

12.根据权利要求1所述的音圈支承件(21)，其特征在于，该关注的频率范围为可听频率范围。

13.根据权利要求3所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述闭孔隙材料为碳慕斯化合物或者聚苯乙烯化合物。

14.根据权利要求4所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述开孔隙材料为弹性体慕斯。

15.根据权利要求5所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述可透过磁场的材料为电绝缘体。

16.根据权利要求6所述的音圈支承件(21)，其特征在于，第一表面(26)、第二表面(22)和所述外表面(27)涂覆有至少部分防水材料，该防水材料包括树脂或清漆。

17.根据权利要求6所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述清漆为丙烯酸或者纤维素清漆。

18.根据权利要求7所述的音圈支承件(21)，其特征在于，所述抵抗因与铁磁流体密封件(25)接触产生浸润的材料为非金属材料。

19.制造根据前述权利要求的任一项所述的音圈支承件的方法，该方法包括下列步骤：

-提供期望材料的液体或者粉末到期望形状的铸模中，

-凝固该材料以形成所述音圈支承件，

-从铸模中移除所获得的音圈支承件。

20.根据权利要求19所述的制造音圈支承件的方法，该方法包括在音圈支承件(21)的外表面(27)中切割出脊部(24)的步骤。

21.根据权利要求19所述的制造音圈支承件的方法，该方法包括下述步骤：在将材料提供到铸模中之前将线圈绕线(22H，22L)设置在铸模中，并且，维持该线圈绕线在适当位置直到材料凝固。

22.一种线圈换能器式电机结构(20)，包括至少一个磁性元件(23)，该磁体元件布置成用于为至少一个线圈绕线(22H，22L)的端部之间的磁通提供通路，其特征在于，该线圈绕线(22H、22L)缠绕在根据权利要求1至8和12至18中的任一项所述的往复运动的音圈支承件(21)上。

23.一种结合有根据权利要求22所述的线圈换能器式电机结构的扬声器(10)，该线圈换能器式电机结构固定在机壳(11)的顶部从而提供回程装置。

24.根据权利要求23所述的扬声器(10)，其特征在于，悬挂线(13)结合在机壳(11)中，向一端连接至音圈支承件(21)的第一表面(26)而向另一端连接至机壳(11)。

25.根据权利要求24所述的扬声器(10)，其特征在于，所述悬挂线(13)沿位移轴线Z延伸。