CN103718438A - 磁性马达系统 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动扬声器音圈的磁性马达系统。系统具有限定用于收纳音圈的容积的第一部分和第二部分。第一部分和第二部分均具有相应的永磁体，该相应的永磁体具有沿远离容积的方向延伸的第一侧壁和第二侧壁。在侧壁远离容积延伸时，第一侧壁沿朝向第二侧壁的方向倾斜。第一部分和第二部分还具有相应的引导部件，用于沿返回路径在永磁体之间导送磁通量线。

Description

磁性马达系统

技术领域

本发明涉及磁性马达系统，例如，诸如可用于驱动扬声器中的音圈的磁性马达系统。

背景技术

电动式扬声器大体包括定位在由一个或更多个永磁体生成的磁场中的气隙中的音圈元件。音圈包括载流导体，在与磁场相互作用之后，该载流导体与磁场方向成直角移动。音圈连接于扬声器振膜，使得音圈的机械运动平移到振膜。通过改变通过音圈的电流，可以使音圈以不同的频率振荡，并且因此引起振膜产生不同频率的声音。

为了扬声器有效地操作，气隙中的磁场应为尽可能强的。从永磁体发出但无助于由音圈经历的场的通量被认为是泄漏。

为了保持高效率，必要的是保持通量泄漏最低。因此，典型地，扬声器采用铁磁引导部件来引导和/或集中从永磁体朝向气隙发出的磁通量线。

在一些系统中，附加的永磁体用于铁磁引导部件。其它系统依靠不是永磁体的铁磁材料来用作引导部件。

一般说来，可通过考虑在已经除去磁场之后引导部件的保留其磁性的能力来区分是永磁体的引导部件与不是永磁体的引导部件。永磁体在除去场之后将无限期地继续保留其磁能潜力。一旦磁化，则难以改变材料的磁能构造，或者实际上难以使其完全消磁。

除永磁体之外，还存在其它铁磁材料，一旦除去磁化力，则该铁磁材料仅保留它们磁性的较小部分，并且在随后暴露于其它磁场时容易改变该铁磁材料的磁能构造。在除去这种场之后铁磁材料停止保留其磁性潜力的情况下，该材料件不是永磁体。

还可讨论永磁体与这些其它类型的铁磁材料之间在磁阻方面的差异。材料的磁阻限定了材料对磁力线提供的反抗，这是因为这些线试图使它们自身分配到材料各处。一旦磁化，则永磁体将具有较高的磁阻，在某种意义上，其将反抗不与其自身的固有磁场对准的任何力线。与磁阻相反的是磁导率；磁导率限定磁力线使它们自身分布在它们的材料各处的容易程度。因此，一旦磁化，则永磁体将向不与其自身固有的磁场对准的磁场线显示较低磁导率，而显示低磁阻的其它铁磁材料将具有更高的磁导率。

US2009/0028375 Al提供了使用附加的永磁体来构建气隙两侧之间的闭合磁性环路的系统的实例。该文献提出了其中具有不同放置和极化方位的若干永磁体用于沿横跨气隙的环路导送磁通量线的结构。

这种系统遭受若干缺点。首先，永磁体典型地由稀土材料制成，该稀土材料既重又昂贵。因此，使用附加的永磁体来引导磁通量对磁性结构既具有成本含义，又具有重量含义。

第二，在以上描述的系统中，磁通量线在环路中的若干点处必须横跨沿与彼此不同的方向磁化的两个永磁体之间的界面。如以上讨论的，永磁体向不与它们固有的磁场对准的通量线提供较高磁阻。因此，在两个永磁体之间的界面处，磁场线被迫经受方向上的突然变化，以便前进到环路的下一部分。在这种突然变化出现的情况下，不可避免的是，磁通量中的至少一些将损失而泄漏。

作为使用永磁体的可选方案，自身不是永磁体的其它铁磁材料件可用于引导通量。图1示出了闭合磁路，其中，钢的U形轭1用于将磁通量从磁体3引导到其中放置了音圈元件7的气隙5，并且再次回到磁体。

钢部分(诸如，以上讨论的U形轭)不是永磁体；它们无助于磁体结构的磁场强度。也可以说，它们在磁体系统中是被动构件，在该磁体系统中，永磁体是能量源。钢部分可调整它们的磁性构造来适应从系统的其它部分(在该情况下，为永磁体3)发出的磁通量线，而不是具有它们自身的固有磁化方向。

图2示出了图1中示出的回路的磁路图示(注意，该类比不考虑铁磁材料的饱和度)。在图2中，Fm为磁动势，Rm为内部阻力(磁阻)，而气隙以Rg表示。由于钢轭具有比周围空气高的磁导率，故从(多个)永磁体发出的大部分磁通量通过轭来导送，而不是从系统泄漏出和远离气隙泄漏。实际上，钢轭用作低阻力的导管，用于将磁通量线从系统的一个部分导送到另一个部分。

通过提供图2中示出的类型的引导部件，可使磁通量线在环路中循环，而不必处理存在于永磁体之间的界面处的磁性环境中的突然变化。但是，如果永磁体的几何形状与引导部件的几何形状较弱地匹配，则可能的是，磁通量将不有效地耦合到引导部件中，并且作为替代，将从系统泄漏出，或者从捷径回到永磁体。在这种损失出现的情况下，它们减小了由音圈经历的总的场强度，从而引起扬声器的性能恶化。

一般说来，存在对开发在音圈的区中提供增强的磁场强度的磁性马达系统的持续需要。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于驱动扬声器音圈的磁性马达系统，永磁性马达系统具有：

第一部分和第二部分，

其中，第一部分和第二部分间隔开，以限定第一部分与第二部分之间的用于收纳音圈的容积，音圈能够沿音圈轴线移动，

第一部分和第二部分均具有相应的永磁体，

永磁体具有横跨容积面朝彼此的相应的面，

永磁体布置有横跨容积面向彼此的相对的极，使得磁通量线从一个永磁体的面横穿容积到另一个永磁体的面，

每个永磁体具有沿远离容积的方向延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且当系统在音圈轴线为竖直的情况下定向时，该第一侧壁和该第二侧壁形成永磁体的上面和下面，

其中，第一侧壁沿远离容积的方向朝向第二侧壁倾斜，

第一部分和第二部分均具有相应的引导部件，用于沿返回路径将磁通量线从一个永磁体导送到另一个，

其中，引导部件不是永磁体。

本发明提供了一种具有增强的几何形状的磁性马达系统，用于将磁通量线从容积的一侧导送到另一侧。

一般说来，磁通量线将使用最短的距离和可能最容易的路线设法从一极行进到另一极。磁通量线将趋于不沿着包括方向的突然变化的路径。

在本发明中，永磁体的倾斜的侧壁容许磁通量线沿减小磁性捷径出现在系统中的可能性的轨迹穿过引导部件。例如，永磁体的几何形状意味着从永磁体中的第一个发出的磁通量线可沿路径导送通过相应的引导部件，该路径的曲率使得在到达容积之后，相比于从捷径回到第一永磁体的线，其更有利于磁通量线中的线继续横跨容积并且朝向第二永磁体。

以该方式，永磁体的几何形状可有助于保持音圈浸入在其中的两个永磁体之间的磁场的强度。由于本发明不需要使用附加的永磁体来引导磁通量线，故可降低磁性马达系统的成本和重量，同时还确保音圈收纳在其中的容积内的较高通量密度。

由第一侧壁和第二侧壁限定的上面和下面可朝向彼此弯曲。例如，上面和下面可形成单个连续地倾斜的表面的一部分。例如，当看到由音圈轴线和垂直于音圈轴线延伸并与永磁体的面中的一个正交的第二轴线限定的截面平面时，永磁体可限定为半圆或半椭圆的形状。在该情况下，位于水平面上方和下方的表面的部分可分别被认为是上面和下面。

磁性马达系统可具有以下任选特征中的任何一个或任何组合。

优选地，永磁体垂直于音圈轴线极化。永磁体可沿垂直于音圈轴线的轴线磁化。

优选地，引导部件由铁磁材料形成，铁磁材料的磁导率使得铁磁材料将采用由永磁体的磁场确定的磁性构造，而不管引导部件的任何先前磁性构造。

出于本申请的目的，旨在通过参照在扬声器组件内部的这些材料的特性来区分引导部件的材料与永磁体的材料。永磁体由铁磁材料形成，该铁磁材料一旦由外部磁化场磁化则将保留其磁化，而不管暴露于从扬声器组件的其它部分发出的场。与之相反，引导部件由不同的材料形成，其中，即使该材料在组装在扬声器内之前磁化，该材料在组装在扬声器中时将调整其磁性构造，以适应从扬声器组件的其它部分发出的磁场。具体而言，引导部件的材料的磁导率使得允许材料调整其磁性构造以适应永磁体的磁场。因此，引导部件可向从永磁体发出的磁通量提供较低磁阻(或较高磁导率)。

因此，如本文中描述的铁磁引导部件可覆盖任何铁磁材料件，该任何铁磁材料件的磁导率使得材料可调整其磁性构造以适应从扬声器内部的永磁体发出的磁通量。

优选地，每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁不垂直于音圈轴线。通过设置两者都相对于音圈轴线以锐角(即，小于90度)倾斜的上面和下面，进入和/或离开永磁体的磁通量线可沿减少通量漏泄或磁性捷径的出现的更理想的轨迹导送。

当在由音圈轴线和从永磁体中的一个的面延伸并与其正交的第二轴线限定的截面平面中观看系统时，每个永磁体的第一侧壁可相对于第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。每个永磁体的第二侧壁也可相对于第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。

当在该截面平面中观看该系统时，永磁体可为大致梯形或三角形。

每个引导部件可具有邻接永磁体的第一侧壁的第一部分，以便形成引导部件与第一侧壁之间的界面。引导部件中的每一个还可具有邻接永磁体的第二侧壁的第二部分，以便形成引导部件与第二侧壁之间的界面。在此处，用语"界面"旨在不仅覆盖其中侧壁和引导部件的表面与彼此直接接触的布置，而且覆盖其中它们例如由粘合剂薄层分离的布置。

形成在引导部件与永磁体的第一侧壁之间的界面的表面面积可等于或大于形成在永磁体的壁与引导部件之间的任何其它界面的表面面积。

可选地，形成在引导部件与第一侧壁和第二侧壁之间的相应界面可具有超过形成在磁体的壁与引导部件之间的任何其它界面的表面面积的组合表面面积。

在侧壁相对于音圈轴线倾斜的情况下，沿通量返回路径返回的磁通量线可直接通过侧壁进入和离开永磁体，由此缩短了磁通量线为了完成永磁体的极之间的环路而必须行进的距离。此外，穿过倾斜的壁的磁通量线可沿有助于减少系统中的通量泄漏和/或磁性捷径的出现的更理想的轨迹导送。

在第一侧壁和/或第二侧壁提供永磁体与引导部件之间的界面的最大表面面积的情况下，这有助于确保沿返回路径导送的大部分磁通量穿过永磁体的第一侧壁或第二侧壁，并且因此沿引导部件内的更理想的轨迹导送。

第一侧壁和第二侧壁可具有形成永磁体的总表面面积的大部分的组合表面面积。

第一侧壁和第二侧壁的倾斜度可为恒定的。在(多个)倾斜度恒定的情况下，可使通过第一侧壁和第二侧壁的不同区进入或离开永磁体的磁通量线沿着大致平行的轨迹。因此，穿过第一侧壁和第二侧壁的不同区的磁通量线可均沿有助于减少通量泄漏和/或磁性捷径的出现的类似轨迹导送。

引导部件可具有用于收纳用以将永磁体连结于引导部件的粘合剂的凹陷部分。

每个引导部件的第一部分和第二部分可为分离的元件。当组装在系统中时，每个引导部件的相应的第一部分和第二部分可限定它们之间的间隙。例如，间隙可用于允许在连结过程中使用的过多的粘合剂从系统中逸出。

永磁体可包围在引导部件内。将永磁体包围在引导部件中可有助于使引导部件与永磁体的第一侧壁和第二侧壁之间的界面的表面面积最大化，并且因此减少在通量在永磁体与引导部件之间经过时的通量泄漏。

每个引导部件的第一部分可布置成沿每对面向的永磁体的第一侧壁之间的第一返回路径导送磁通量线。

每个引导部件的第二部分可布置成沿每对面向的永磁体的第二侧壁之间的第二返回路径导送磁通量线。

导送通过引导部件的第一部分和第二部分的磁通量线可形成容积两侧之间的两个分离的磁通量环路。第一返回路径和第二返回路径可横跨在永磁体的磁化轴线的相对侧的容积。

优选地，音圈收纳在容积内。音圈可能够沿音圈轴线在两个极端之间移动，其中，在两个极端之间的中点处，音圈位于永磁体的相对极之间。音圈可在相应的极端处与第一通量返回路径和第二通量返回路径相交。在音圈接近其运动范围的极端中的一个时，其可遇到通量返回路径中的第一个，这意味着音圈变为浸入在磁场中，磁场的方向与当在直接在两个永磁体的极之间的其中心位置处时音圈浸入在其中的磁场的方向相反。这种布置提供的优点在于，其排除了对为了在其沿音圈轴线移动时使音圈运动停止的机械止挡件的需要。由于磁场逐渐改变方向，故施加在线圈上力由此也逐渐改变方向，从而引起音圈平稳地减速并开始沿相反方向向后朝向其移动范围的中点移动。当音圈遇到第二通量返回路径时，相同的效果也可在相对的极端处出现。

第一部分和第二部分可限定绕着音圈轴线同轴地布置的内部环形部件和外部环形部件。容积可为环形部件之间的环形容积。

永磁体可为环形永磁体。在磁性马达系统具有圆形几何形状的情况下，使用环形磁体可为方便的。

第一部分中的永磁体可为内部环形部件中的多个沿周向隔开的永磁体中的一个。第二部分中的永磁体可为外部环形部件中的多个沿周向隔开的永磁体中的一个。内部环形部件中的每个永磁体可布置成横跨容积面向外部环形部件中的相应永磁体。

可选地，第一部分和第二部分可为平面部件。部件可具有形成容积的壁的相对的表面。相对的表面可均在单个相应的平面中延伸。

优选地，当在截面平面中观看系统时，每个永磁体具有与音圈轴线平行地延伸的最长侧。

第一部分和第二部分可均包含相应的第二永磁体。第二永磁体可布置有横跨容积面向彼此的相对的极。

第二永磁体可沿与第一永磁体相反的方向磁化。第二永磁体可布置成使得沿返回路径导送的磁通量线横跨第二永磁体之间的容积。

第二永磁体可均具有沿远离容积的方向延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且当系统在音圈轴线为竖直的情况下定向时，该第一侧壁和该第二侧壁限定第二永磁体的上面和下面。每个第二永磁体的第一侧壁可沿远离容积的方向朝向相应的第二永磁体的第二侧壁倾斜。

优选地，第二永磁体的第一侧壁和第二侧壁不垂直于音圈轴线(即，它们相对于音圈轴线以锐角倾斜)。

当在截面平面中观看系统时，每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁可相对于第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。

每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁可相对于第二轴线以相同的角倾斜。可选地，每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁可相对于第二轴线以不同的角倾斜。

永磁体可为钕磁体。使用钕磁体可有助于使永磁体的重量最小化，同时还确保来自永磁体的强大磁场。

可选地，例如，永磁体可由钐钴或其它适合的材料(例如，铁素体)制成。

优选地，第一部分和第二部分由容积完全分离。通过确保引导部件由容积完全分离(而不是例如，由横跨容积两侧的铁磁桥联结)，可以确保沿返回路径经过的通量向后穿过容积，由此有助于使容积内的通量密度最大化。此外，由于不需要附加的铁磁材料来桥接引导部件之间的间隙，故可减小磁性马达系统的总重量。

引导部件可关于永磁体的磁化轴线对称。

根据本发明的第二方面，提供了一种具有根据本发明的第一方面的磁性马达系统的扬声器。

在一些情况下，第一部分和第二部分均仅包含单个永磁体。在这种情况下，当系统处于其最终构造时，系统中的每个永磁体可沿相同方向磁化。这可包括例如如下情况：永磁体为环形磁体，或者第一部分和第二部分为具有单对面向的永磁体的平面部件。在这种布置中，通过将系统放置在外部磁场中，可以在第一部分和第二部分组装之后执行系统的单步骤磁化。如以上说明的，一旦由外部磁场磁化，则即使是在除去磁场之后，永磁体也将在该场的方向上保持磁化。当该场存在时，引导部件也可在外部场的方向上变得磁化。然而，在除去外部场之后，引导部件将停止保留相同的磁性构造，而是将调整它们的构造以适应从永磁体发出的磁场。

因此，在以上描述的布置中，可以作为整体执行系统的组装后的磁化，而不是例如，必须在第一部分和第二部分的组装之前预先磁化永磁体。通过减小了系统的制造所涉及的复杂性和成本，执行单线端磁化步骤可为有利的。

因此，根据本发明的第三方面，提供了一种制造根据本发明的第一方面的磁性马达系统的方法，该方法包括提供第一部分和第二部分，

使第一部分和第二部分间隔开以限定用于收纳音圈的容积，以及

将第一部分和第二部分放置在外部永久磁场中，使得永磁体将变得沿相同方向永久磁化。

在制造根据本发明的磁性马达系统时，音圈沿其轴线的预期运动范围可用于确定永磁体沿该轴线延伸的距离。一旦该距离已知，则可通过判定a)引导部件是否完全包围永磁体，以及b)每个永磁体的第一侧壁和/或第二侧壁的倾斜度来计算引导部件的厚度。一旦限定了永磁体的几何形状，则可围绕永磁体构建引导部分。

附图说明

现在将参照附图经由实例描述本发明的实施例，在该附图中：

图1示出了其中钢的U形轭用于将磁通量引导到其中收纳了音圈的气隙的闭合磁路；

图2示出了图1中示出的回路的磁路图示；

图3示出了穿过根据本发明的实施例的磁性马达系统的截面；

图4示出了穿过根据本发明的实施例的磁性马达系统的截面；

图5为示出在本发明的一个实施例中由音圈经历的磁通量在音圈沿其运动轴线移动时如何变化的曲线图；

图6示出了适合用于本发明的磁性马达系统中的音圈；

图7示出了用于本发明中的永磁体的示例性几何形状；

图8示出了使用具有垂直于音圈轴线延伸的侧壁的永磁体的磁性马达系统的计算的通量密度图；

图9示出了根据本发明的实施例的磁性马达系统的计算的通量密度图；

图10示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达系统的计算的通量密度图；

图11示出了根据本发明的实施例的磁性马达系统，其中，第一部分和第二部分为平面部件；

图12示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达系统，其中，磁性马达系统具有圆形的几何形状；

图13示出了图12的磁性马达系统的平面图；

图14示出了图12和图13中示出的磁性马达系统的剖面图；

图15示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达系统的平面图；

图16示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达组件；

图17示出了具有图16中示出的结构的磁性马达系统的计算的磁通量密度图。

图18示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达组件；以及

图19示出了具有图18中示出的结构的磁性马达系统的计算的磁通量密度图。

具体实施方式

图3示出了穿过根据本发明的第一实施例的磁性马达系统的截面。

磁性马达系统具有第一部分9和第二部分11，第一部分9和第二部分11例如由气隙13间隔开。音圈元件15收纳在间隙中，并且能够沿音圈轴线移动。在图3中，系统示出为在音圈轴线沿其竖直地延伸的方位上，然而，在使用时，系统可沿任何方向定向。第一部分和第二部分均具有相应的永磁体19,21。例如，永磁体具有横跨气隙面向彼此的相应的面23,25。

在该实例中，永磁体沿与彼此相同的方向磁化。例如，磁体在沿第二轴线27的方向上磁化，第二轴线27垂直于音圈轴线延伸，并且正交地经过永磁体中的一个的面。例如，第一部分中的永磁体19布置有最接近气隙的其南极。例如，第二部分中的永磁体21布置有最接近气隙的其北极。在该布置中，例如，磁通量线从一个面横穿气隙到另一个面。

音圈元件浸入在由永磁体产生的磁场中。通过改变穿过线圈的电流，可以生成引起音圈元件沿音圈轴线移动的力。音圈元件具有例如联接于扬声器振膜29的端部，以使音圈元件的运动将引起振膜振荡，并且产生具有变化的频率的声音。

每个永磁体具有沿远离容积的方向延伸的第一侧壁31a,33a和第二侧壁31b,33b。在图3中示出的方位上，其中，音圈轴线沿竖直方向延伸，第一侧壁和第二侧壁形成永磁体的上面和下面。在该实例中，每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁沿远离气隙的方向朝向彼此倾斜。因此，永磁体的上面和下面相对于垂直于音圈轴线延伸的第二轴线27倾斜。

第一部分和第二部分具有相应的引导部件35,37。引导部件布置成沿返回路径将磁通量线从一个永磁体导送到另一个。

第一部分和第二部分中的引导部件例如由容积完全分离。例如，不存在联结容积两侧的铁磁材料。为了使通量从一个引导部件经过至另一个，可必要的是通量穿过容积。

引导部件由铁磁材料(例如，钢)形成，该铁磁材料不展现永久磁矩，但是尽管如此，当接近永磁体放置时，该铁磁材料可变得磁化。引导部件的铁磁材料能够很好地渗透从永磁体发出的磁通量。由于引导部件的磁导率高于周围空气，故永磁体19,21的磁通量线优选为流过引导部件而非泄漏到周围空气中。然而，引导部件它们自身无助于磁体结构的磁场强度。它们可被认为是磁性系统中的被动构件，在该磁性系统中，永磁体提供能量源。当暴露于永磁体的磁场时，引导部件可采用磁性构造，以便将磁通量线从容积的一侧引导到另一侧。引导部件可有助于产生较短的磁通量线闭合环路，以改进磁性马达的效率。引导部件沿音圈轴线延伸。引导部件具有朝向气隙弯曲的端部39a,39b,41a,41b，例如，该弯曲实例。引导部件的曲率继而可有助于例如沿永磁体之间的弯曲路径导送磁通量线。

图4为图3中示出的系统的简化视图，其中，描绘了磁性马达系统的另外的特征。如图4所示，每个引导部件具有例如第一部分35a,37a和第二部分35b,37b。例如，每个引导部件的第一部分形成与相应的永磁体的第一侧壁的界面。例如，每个引导部件的第二部分形成与相应的永磁体的第二侧壁的界面。

在引导部件的每个部分与永磁体的侧壁之间的界面处，引导部件具有例如凹陷部分43a,43b,45a,45b。例如，凹陷部分可呈凹槽或通道的形式。在制造期间，例如，粘合剂可施加于凹陷部分来作为用于将引导部件连结于永磁体的手段。

在该实例中，每个部件的第一部分和第二部分不与彼此邻近，而是在离容积最远的永磁体侧处由间隙47,49与彼此分开。例如，间隙可提供出口，任何过多的粘合剂可通过该出口在连结过程期间排离磁体。

在图4中示出的实例中，音圈能够沿轴线在例如位于永磁体的相对的面之外的两个极端51,53之间移动。当在极端中的一个或另一个处时，音圈的至少一部分可例如位于横跨容积直接面向彼此的引导部件的部分之间。在极端处，音圈可与由引导部件横跨气隙导送的磁通量线相交。

图5示出了由音圈经历的磁通量在音圈沿其在两个极端之间的运动轴线移动时如何变化。图15中示出的曲线图具有两个重要的区55,57。在这些区中，磁场的方向为相反的(即，通量流处于相反的方向)。例如，曲线图的中心区57对应于音圈的移动范围的中点。在此处，音圈的载流导体可直接位于永磁体的相对的极之间。

当音圈处于中心区中时，其经历使其沿音圈轴线移动的初始力矢量。在音圈继续沿轴线移动时，其逐渐开始遭遇由引导部件横跨容积向后引导的磁通量线。在返回路径中横穿容积的磁通量的极性与直接经过磁体的两极之间的、音圈在处于其中心位置时经历的磁通量的极性相反。

常规扬声器在音圈达到其移动范围的极端时依靠机械止挡件来使音圈减速。可选地，音圈可由悬置器件悬置，该悬置器件在音圈达到其运动范围的极端端部的点处伸展至最大。这两个可选方案导致被称为使耳朵不舒适的"着底(bottoming)"效果。

与之相反，在图4中示出的实例中，在音圈接近其运动范围的极端中的一个时，其遭遇通量返回路径，这意味着音圈变为浸入在磁场中，该磁场的方向与当在直接在两个永磁体的极之间的其中心位置处时音圈沿其浸入的磁场的方向相反。由于磁场逐渐改变方向，故施加在线圈上的力由此也逐渐改变方向，从而引起音圈平稳地减速并开始沿相反的方向向后朝向其移动范围的中点移动。因此，本发明提供如下优点：其减少或者甚至完全消除常规扬声器中出现的被称为"着底"的现象。图6示出了适合用于磁性马达系统中的音圈的实例。例如，线圈自身可承载在心轴59上。音圈15具有多个电导体层15a,15b,15c,15d(例如，铜线)，其沿垂直于在永磁体的相对的面之间经过的磁通量线的方向载送电流。

图7示出了在于由音圈轴线17和垂直于音圈轴线延伸的第二轴线27限定的截面平面中观看时，用于本发明中使用的永磁体的可能的几何形状的实例。第二轴线与永磁体中的一个的第一面正交地延伸。

图7a、图7b和图7c中示出的永磁体中的每一个具有对应于磁体的第一面的最长侧61。例如，每个永磁体的第一面可沿与音圈轴线17平行的方向延伸。在该情况下，最长侧61也将平行于音圈轴线延伸。

每个永磁体具有沿远离容积13的方向延伸的第一侧壁31a和第二侧壁31b。在每种情况下，在第一侧壁远离容积延伸时，第一侧壁31a朝向第二侧壁31b倾斜。第一侧壁31a不垂直于音圈轴线延伸，而是相对于音圈轴线成锐角倾斜。

在图7a中示出的实例中，第一侧壁和第二侧壁两者与第二轴线27成相应角63,65倾斜，第二轴线27垂直于音圈轴线延伸。因此，在该实例中，第一侧壁和第二侧壁两者都不垂直于音圈轴线延伸。例如，第一侧壁和第二侧壁相对于第二轴线成相同的角倾斜。例如，该角的大小为45度。

在图7b中示出的实例中，第二侧壁31b与第二轴线27平行。在该实例中，第二侧壁31b垂直于音圈轴线17延伸，但是第一侧壁31a不垂直于音圈轴线延伸。第一侧壁31a相对于第二轴线27成锐角64倾斜。

图7c示出了其中第一侧壁31a和第二侧壁31b不直接从永磁体的第一面61延伸，而是由永磁体的相应的壁32a和32b与第一面间隔开的示例性几何形状。例如，第一侧壁和第二侧壁不与永磁体的第一面共用公共边缘。

例如，壁32a,32b沿垂直于音圈轴线的方向延伸。例如，当系统在音圈轴线为竖直的情况下定向时，第一侧壁31a和其相邻的壁32a两者限定永磁体的上面。例如，当系统在音圈轴线为竖直的情况下定向时，第二侧壁31a和其相邻的壁32b两者限定永磁体的下面。

例如，永磁体关于垂直于音圈轴线延伸的轴线对称。例如，对称轴线可穿过音圈沿音圈轴线的移动范围的中点。

现在将参照图8、图9和图10描述使用其中永磁体的第一侧壁沿远离气隙的方向朝向第二侧壁倾斜的几何形状的优点。这些图示出可用于使具有带不同几何形状的永磁体的磁性马达系统的磁场形象化的流线曲线图。每个曲线图中示出的线为磁通量线；这些线连接空间中的点，在该点处，磁通量密度矢量具有相同的大小。在空间中的每个点处，线正切于该点处的磁通量密度的瞬时矢量经过。

磁通量线试图使用最短的距离和尽可能最容易的路线在相对的磁极之间行进。磁通量线将趋于不沿包括方向的突然变化的路径。

图8示出其中永磁体67,69具有矩形截面的第一布置。永磁体沿垂直于音圈轴线延伸的轴线在与彼此相同的方向上磁化。

永磁体67,69具有横跨容积面向彼此的相应的前面71,73。第一永磁体67的前面71在磁体的南极处，而第二永磁体69的前面73在磁体的北极处。

永磁体具有平行于音圈轴线延伸的相应的后壁75,77。第一永磁体的后壁75位于磁体的北极处。第二永磁体的后壁77位于磁体的南极处。

永磁体还具有从磁体的前面延伸到后壁的侧壁67a,67b,69a,69b。在两种情况下，侧壁垂直于音圈轴线延伸。

第一永磁体的后壁75邻接第一引导部件78，以便形成界面，磁通量线可穿过该界面从永磁体的北极进入引导部件。界面还形成在侧壁67a,67b与引导部件之间。形成在后壁75与引导部件之间的界面的表面面积比形成在侧壁67a,67b与引导部件之间的界面的表面面积大得多。

磁通量线从第二永磁体69的北极73横穿容积到第一永磁体67的南极71。引导部件继而沿横跨容积的返回路径导送从第一永磁体的北极75发出的通量线，以到达第二永磁体的南极77。

如图8的右手侧所示，磁通量线从第二磁体的北极进入第一引导部件；由于侧壁大致平行于永磁体内的磁通量线延伸，故磁通量线不穿过这些侧壁。

在进入第一引导部件之后，线沿远离容积的方向行进。为了使磁通量线到达容积的另一侧，它们必须在引导部件内完成一转。

然而，矩形永磁体的几何形状阻止磁通量线直接地朝向容积转向，该矩形永磁体的几何形状继续突出到引导部件中，用于沿音圈轴线的其整个长度。为了绕永磁体经过，磁通量线被迫采用最初远离容积向外弯曲的路径79。路径曲率使得在到达容积之后，其几乎有利于磁通量线81继续弯曲回到第一永磁体67的南极，这是因为线朝向第二永磁体69继续横跨容积。因此，系统的大量能量消散在磁性捷径83中。

图9示出其中永磁体具有沿远离容积的方向朝向彼此倾斜的侧壁的情况。在该实例中，侧壁朝向单个边缘聚合。

侧壁的倾斜几何形状意味着离开永磁体的磁通量线能够直接朝向容积弯曲。这样做时，线沿着与图8中示出的情况的路径曲率不同的路径曲率。在此处，路径曲率使得在到达容积之后，其较不利于线87从捷径回到第二永磁体的南极，而是有利于线继续朝向另一个永磁体横跨容积。因此，相比于图8，减少了由磁性捷径消散的能量。

此外，如图9所示，每个永磁体的侧壁与它们相应的引导部件之间的界面的表面面积占永磁体与引导部件之间的接触表面面积的大部分。因此，与图8中示出的情况相反，在引导部件与永磁体之间经过的大致所有通量都这样通过第一侧壁和第二侧壁。因此，磁通量线行进了缩短的距离，以便完成容积的两侧之间的环路。

图10示出其中磁体具有截面平面中的半圆形轮廓的情况。在该情况下，倾斜的侧壁再次提供通量轨迹，在该通量轨迹中，磁通量线有利于横跨容积而非从捷径回到相同的永磁体。尽管磁性捷径仍存在，但该捷径中消散的能量小于侧壁垂直于音圈轴线延伸的情况下的能量。

磁性捷径有助于磁路中的损失。因此，可看到，通过提供倾斜的侧壁，本发明的马达系统提供了提高的效率。

图11示出了根据本发明的实施例的磁性马达系统，其中，第一部分和第二部分为平面部件。例如，部件具有在单个相应的平面中延伸的相对的壁。部件一起限定了音圈可收纳在其内部的容积13。在该实例中，容积可为大致立方形的。当收纳在容积中时，音圈能够沿音圈轴线17移动。

如可在图11中看到的，每个永磁体具有远离容积延伸的第一侧壁31a,33a和第二侧壁31b,33b。永磁体两者可沿相同的方向磁化。永磁体可沿垂直于音圈轴线的方向磁化。

在图11中示出的方位上，其中，音圈轴线竖直地延伸，第一侧壁和第二侧壁限定永磁体的上面和下面。第一侧壁和第二侧壁朝向彼此倾斜，并且两者例如相对于垂直于音圈轴线经过的第二轴线倾斜。

因此，在第一部分和第二部分为平面部件的情况下，永磁体可为大致棱柱形的。

图12示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达系统。在该实施例中，磁性马达系统具有圆形的几何形状。例如，第一部分和第二部分限定同心的圆柱形环形部件89,91。为了简单起见，图11仅示出容积的两个相对的表面。环形部件间隔开，以限定在它们之间的环形容积93。环形音圈可收纳在环形容积中。

图13示出了图11的磁性马达系统的平面图。在该实施例中，每个环形部件具有环形永磁体95,97。例如，两个环形磁体布置有横跨环形容积65面向彼此的相对的极。例如，永磁体垂直于音圈轴线极化。例如，环形磁体位于环形部件内。环形音圈99可收纳在环形容积65内。

图14示出了图12和图13中示出的磁性马达系统的剖面图。例如，环形磁体95,97围绕每个环形部件89,91的圆周延伸。

当在由音圈运动轴线101和磁性马达系统的径向轴线103(例如，该轴可与环形部件的相对的面正交地延伸)限定的平面中观看时，环形永磁体具有远离容积延伸的第一侧壁105a,105b和第二侧壁107a,107b。在其远离环形容积延伸时，每个环形磁体的第一侧壁沿朝向相应的环形磁体的第二侧壁的方向倾斜。永磁体的倾斜的几何形状可例如减少泄漏量和/或磁性短路，并且可导致更有效的磁体构造。

图14示出了根据本发明的另一个实施例的磁性马达系统的平面图。在该实施例中，磁性马达系统具有圆形的几何形状。例如，第一部分和第二部分限定同心的圆形的内部环形部件和外部环形部件。环形部件间隔开，以限定它们之间的环形容积93。环形音圈99可收纳在环形容积中。

在该实施例中，每个环形部件具有一系列分离的永磁体，例如，该一系列分离的永磁体围绕环形部件周向地隔开。例如，内部环形部件中的每个永磁体109与外部环形部件中的相应永磁体111沿径向对准，以使每个永磁体横跨环形容积面向对应的永磁体。内部环形部件和外部环形部件中的永磁体中的每一个具有远离容积延伸的第一侧壁和第二侧壁。在其远离环形容积延伸时，每个环形磁体的第一侧壁沿朝向相应的环形磁体的第二侧壁的方向倾斜。例如，永磁体的倾斜的几何形状可减少泄漏量和/或磁性短路，并且可导致更有效的磁体构造。

作为实例，可使用以下参数值来实现包括具有圆形几何形状的根据本发明的磁性马达系统的扬声器：

音圈上的线的圈数：52

音圈的额定阻抗：3.6 Ohm

用于永磁体的材料类型：钕

钕的等级∶N35

音圈中放在彼此上的线的圈数：4，其中，线为220μm

磁体结构的外径：32mm

音圈的内径：24mm

音圈的高度：3mm

可以通过集成音圈的截面区域内的磁通量密度的水平分量(其垂直于音圈轴线)，以及将结果乘以音圈中的线长度来计算磁力因数。在该实例中，计算的力因数变成2.9Tm。可使用如现有技术中描述的U形轭磁体原理(例如，如图2所示)实现类似的磁性马达系统，以也提供2.9Tm的力因数。然而，U形轭的设计要求导致比使用具有倾斜的侧壁的永磁体布置时重44%的马达系统。具体而言，在本发明中，永磁体和引导部件的几何形状使需要的铁磁材料的量最小化，以便有效地将磁通量导送到气隙，从而有助于减轻磁性马达系统的重量。

此外，两种扬声器可产生的机械偏移相当；然而，本发明具有如下优点：在使磁场反向的帮助下的柔和中断(导致最大的柔和切断)，而非借助于机械限制的硬中断。

图16示出了本发明的实施例，其中，第一部分113和第二部分115均具有第一永磁体117,119和第二永磁体121,123。例如，第一永磁体和第二永磁体沿垂直于音圈运动轴线的方向磁化。例如，每个部分中的第一永磁体117,119沿与每个部分中的第二永磁体121,123相对的方向磁化。例如，第一永磁体117,119配置有横跨两个部分之间的容积125面向彼此的相对的极。例如，第二永磁体121,123配置有横跨容积125面向彼此的相对的极。

第一永磁体中的每一个具有沿远离容积125的方向延伸的第一侧壁117a,119a,121a,123a和第二侧壁117b,119b,121b,123b。每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁在它们远离容积延伸时朝向彼此倾斜。在该实例中，每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁相对于音圈轴线以相同的角倾斜。

音圈可位于第一部分与第二部分之间的容积中。例如，成对的第一永磁体和第二永磁体沿其轴线对称地布置在音圈的移动范围的中点127的任一侧。例如，音圈可具有矩形的绕组轮廓。例如，音圈具有位于第一永磁体之间的第一较长的边缘129。例如，音圈具有位于第二永磁体之间的第二较长的边缘131。线圈绕组可布置成使得电流沿与电流穿过音圈的第二较长的边缘的方向相反的方向穿过音圈的第一较长的边缘。由于第一永磁体117,119可沿与第二永磁体121,123相对的方向磁化，故第一较长的边缘浸入在其中的磁场可沿与第二较长的边缘浸入在其中的磁场相反的方向极化。在其中相比于第一较长边缘的第二较长边缘的场和电流方向两者反向的情况下，第一较长的边缘和第二较长的边缘将经历在与彼此相同的方向上的机械力。每个部分中的第一磁体与第二磁体之间的分离距离可根据所需的音圈偏移来设定。

图17示出了具有图16中示出的结构的磁性马达系统的计算的磁通量密度图。密度图具有位于结构的中点处，以及音圈的移动范围的上极端和下极端处的磁性为空值的区131a,131b,131c。

为了优化磁性马达系统的性能，优选的是，气隙中的磁通量密度应不均匀地分布。这可通过改变系统中的每个永磁体的第一侧面和第二侧面的倾斜度来实现。当极端处的两个为空值的区131a,131b的总面积与中间的为空值的区131b的总面积相同时，实现了最佳情形。或换句话说，如果音圈运动范围中的极端和空值区与彼此为等距离的，则磁体结构可被称作最佳的。

图18示出了本发明的另一个实施例，其中，第一部分113和第二部分115均具有第一永磁体117,119和第二永磁体121,123。在此处，例如，第一永磁体117,119中的每一个具有第一侧壁117a,119a，第一侧壁117a,119a具有比第二侧壁117b,119b更大的相对于音圈轴线的倾斜度。在每个第二永磁体中，第一侧壁121a,123a可具有比第二侧壁121b,123b更小的相对于音圈轴线的倾斜度。

图19示出了具有图18中示出的结构的磁性马达系统的计算的磁通量密度图。通过改变每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁的斜率，定位在音圈的移动范围的极端处的空值区可朝向气隙外部移位，从而导致气隙中的更高的平均磁场强度。这样的结果在于，相比于其中每个永磁体的第一侧壁和第二侧壁两者的倾斜度相同的情况，中间的空值区的大小可增大。

尽管已经结合以上描述的示例性实施例描述了本发明，但在给出本公开时，许多等同的修改和变型对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，以上阐述的本发明的示例性实施例被认为是说明性而非限制性的。在不背离本发明的范围的情况下，可对所描述的实施例进行各种变化。

Claims (25)

1. 一种用于驱动扬声器音圈的磁性马达系统，所述永磁性马达系统具有：

第一部分和第二部分，

其中，所述第一部分和所述第二部分间隔开，以限定所述第一部分与所述第二部分之间的用于收纳音圈的容积，所述音圈能够沿音圈轴线移动，

所述第一部分和所述第二部分均具有相应的永磁体，

所述永磁体具有横跨所述容积面朝彼此的相应的面，

所述永磁体布置有横跨所述容积面向彼此的相对的极，使得磁通量线从一个永磁体的所述面横穿所述容积到另一个永磁体的所述面，

每个永磁体具有沿远离所述容积的方向延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且当所述系统在所述音圈轴线为竖直的情况下定向时，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成所述永磁体的上面和下面，

其中，所述第一侧壁沿远离所述容积的方向朝向所述第二侧壁倾斜，

所述第一部分和所述第二部分均具有相应的引导部件，用于沿返回路径将磁通量线从一个永磁体导送到另一个，

其中，所述引导部件不是永磁体。

2. 根据权利要求1所述的磁性马达系统，其特征在于，每个永磁体的所述第一侧壁和所述第二侧壁不垂直于所述音圈轴线。

3. 根据权利要求1或2所述的磁性马达系统，

其特征在于，当在由所述音圈轴线和从所述永磁体中的一个的面延伸并与其正交的第二轴线限定的截面平面中观看所述系统时，每个永磁体的所述第一侧壁相对于所述第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。

4. 根据权利要求3所述的磁性马达系统，其特征在于，每个永磁体的所述第二侧壁相对于所述第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的磁性马达系统，

其特征在于，所述引导部件由铁磁材料形成，所述铁磁材料的磁导率使得所述铁磁材料将采用由所述永磁体的磁场确定的磁性构造，而不管所述引导部件的任何先前磁性构造。

6. 根据权利要求1至5中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分限定绕着所述音圈轴线同轴地布置的内部环形部件和外部环形部件，并且其中，所述容积为所述环形部件之间的环形容积。

7. 根据权利要求6所述的磁性马达系统，其特征在于，所述永磁体为环形永磁体。

8. 根据权利要求6所述的磁性马达系统，其特征在于，所述第一部分中的所述永磁体为所述内部环形部件中的多个周向地隔开的永磁体中的一个，而所述第二部分中的所述永磁体为所述外部环形部件中的多个周向地隔开的永磁体中的一个，

其中，所述内部环形部件中的每个永磁体布置成横跨所述环形容积面向所述外部环形部件中的所述永磁体中的相应一个。

9. 根据权利要求1至5中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分为平面部件。

10. 根据权利要求3至9中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，当在所述截面平面中观看时，每个永磁体具有与所述音圈轴线平行地延伸的最长侧。

11. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述永磁体由所述引导部件包围。

12. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述引导部件中的每一个具有形成与所述永磁体的第一侧壁的界面的第一部分，以及形成与所述永磁体的第二侧壁的界面的第二部分，并且

其中，在每个部分中，形成在所述引导部件与所述第一侧壁和所述第二侧壁之间的所述相应的界面具有超过形成在所述磁体的壁与所述引导部件之间的任何其它界面的表面面积的组合表面面积。

13. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述引导部件具有用于收纳粘合剂的凹陷部分，所述粘合剂用以将所述永磁体连结于所述引导部件。

14. 根据权利要求12或13所述的磁性马达系统，其特征在于，每个引导部件的所述第一部分布置成沿每对面向的永磁体的所述第一侧壁之间的第一返回路径导送磁通量线，并且

每个引导部件的所述第二部分布置成沿每对面向的永磁体的所述第二侧壁之间的第二返回路径导送磁通量线。

15. 根据权利要求14所述的磁性马达系统，其特征在于，音圈收纳在所述容积内，所述音圈能够沿所述轴线在两个极端之间移动，

其中，

在所述两个极端之间的中点处，所述音圈位于所述永磁体的相对的极之间，并且

在所述相应的极端处，所述音圈与所述第一通量返回路径和所述第二通量返回路径相交。

16. 根据权利要求12至15中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，每个引导部件的所述第一部分和所述第二部分为分离的元件。

17. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分均包含相应的第二永磁体，

所述第二永磁体布置有横跨所述容积面向彼此的相对的极，

所述第二永磁体沿与所述第一永磁体相反的方向极化，以使沿所述返回路径横跨所述容积在所述第二永磁体之间导送磁通量线。

18. 根据权利要求17所述的永磁体马达组件，其特征在于，所述第二永磁体均具有沿远离所述容积的方向延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且当所述系统在所述音圈轴线为竖直的情况下定向时，所述第一侧壁和所述第二侧壁限定所述第二永磁体的上面和下面，

其中，每个第二永磁体的所述第一侧壁沿远离所述容积的方向朝向所述相应的第二永磁体的第二侧壁倾斜。

19. 根据权利要求18所述的磁性马达系统，

其特征在于，当在所述截面平面中观看所述系统时，每个永磁体的所述第一侧壁和所述第二侧壁相对于所述第二轴线以45度到75度之间的角倾斜。

20. 根据权利要求18所述的磁性马达系统，其特征在于，每个永磁体的所述第一侧壁和所述第二侧壁相对于所述第二轴线以相同的角倾斜。

21. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述永磁体为钕永磁体。

22. 根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分由所述容积完全分离，使得磁通量线必须穿过所述容积以从所述第一部分经过至所述第二部分。

23. 一种具有根据前述权利要求中任一项所述的磁性马达系统的扬声器。

24. 一种制造根据权利要求1至16中任一项所述的磁性马达系统的方法，所述方法包括：

提供所述第一部分和所述第二部分，

使所述第一部分和所述第二部分间隔开，以限定用于收纳音圈的所述容积，以及

将所述第一部分和所述第二部分放置在外部永久磁场中，使得所述永磁体将变得沿相同的方向永久磁化。

25. 一种大致如本文中参照图3至7和图9至19描述的磁性马达系统。

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