CN103814587B - 电磁驱动单元 - Google Patents

Abstract

一种用于扬声器的电磁驱动单元，该扬声器为其中空气间隙被布置在磁体系统中以致通过空气间隙的磁通线实质上是线性的并且在空气间隙中布置了声圈的类型，其中磁体系统包括与环形磁体系统被空气间隙隔开的中心轭，该磁体系统至少包括连接到所述中心轭的底板，和磁铁以及顶板，其特征在于中心轭的至少对应于空气间隙的范围的部分并且顶板的至少对应的部分由软磁复合材料制成。

Description

电磁驱动单元

技术领域

本发明涉及用于传感器单元的磁体组件，其具有移动的膜并且具有布置在所述磁体组件内的空气间隙中的声圈。

本发明还涉及包括根据本发明的磁体组件的扬声器及包括这种扬声器的扬声器箱。

背景技术

本领域对于磁体系统的构造建议了很多不同的解决方案。当使用磁体系统作为用于通过移动膜来产生声音的驱动器时，通常在磁体系统的两部分之间布置间隙以便将有被布置成通过此间隙的磁通场。在间隙中布置了声圈。声圈将响应于线圈中感应的交替变化的电流在磁通场中移动。磁体的磁通场将迫使线圈在磁通场中实质上垂直于组成磁通场的磁通线的方向和垂直于电流的方向移动。当声圈被固定在膜上时，声圈中交替的电流产生源自扬声器的声音。

本领域一般有两种类型的磁体组件设计，第一种是悬臂式，其中较宽的声圈被布置在较窄的空隙中，用这样的方法以便线圈的实际范围超出间隙的实际范围。另一个通常使用的原理是所谓的悬挂式系统，其中较窄的线圈被布置在较宽的间隙里，用这样的方法以便间隙的实际范围超过声圈的实际范围。

现有技术的扬声器组件的实例在US 2002/0106101中公开。该系统包括驱动器单元，驱动器单元包括其周围布置有永久磁铁的中心T型轭。这种构造提供了其中声圈几乎可以在驱动器的边缘移动的间隙。进一步，为了节省构造高度，驱动器被部分地布置在扬声器膜的前面，这将引起声音失真以及涉及将驱动器牢系在底架上的相当复杂的设计。

现有技术设计的进一步实例从WO 98/47312中得知，其中磁体系统被布置为与轭构造相连。声圈在其中移动的间隙如上面所讨论的传统方式布置。因此，这个构造也经历了由于在间隙每一端(上面或下面)的磁通衰减导致的失真问题，因为磁通集中在这些区域。在磁体和间隙之间的有效横截面积的差异较大时，将产生衰减效应。

另一个现有技术设计示例于DE 3108715。在该磁体组件中，磁体是特别的，原因在于环绕空气间隙的磁体是由包含带有通常基于高聚物的人造粘合剂的铁粉的复合材料制造的。使用复合导电材料的目的是使涡流电流最小化，由于声圈和磁极中的电流的变化导致声圈在空气间隙中移动时，涡流电流将会产生。

通常，为了避免产生的声音的失真，希望尽量获得通过空气间隙的线性磁场。涡流电流将会产生失真，并且因此希望在空气间隙中产生实质上上零涡流电流的磁通。

这个问题已经在JP 56-128099和JP 59-21199中得到解决，其中铁粉已经在压力及高温(大约1200℃)下烧结，以产生非导电材料，其在以上提到的日本出版物中被布置在空气间隙的任一边上来使涡流电流效应最小化。虽然所产生的磁体组件比现有技术改进了并且确实减少了失真，它们仍然没有提供最佳的声音再现因为涡流电流效应已经直接影响到扬声器的谐波能力。烧结过程通过使用铁粉进行，铁粉在烧结过程期间与磷添加剂一起熔化，产生相对较硬的材料，此材料的电导率是普通铁的大约十分之一。这样，磁导率被保持而产生涡流的电导率已经降低，借此也降低了涡流效应。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于扬声器的磁体组件，其与现有技术相比，失真实质上被最小化。

本发明适合前述两种类型的设计以及中悬式设计，即其中声圈和间隙具有相同的尺寸的设计。

扬声器中精确的声音再现的先决条件是由扬声器的移动膜产生的声波尽可能真实地表示提供给扬声器的电压。较广范围的参数影响所产生的声波波形的精度。对所产生的声音的精确程度具有很大的影响的一个非常重要的参数是供给扬声器的电信号和膜的实际运动之间的线性度。

影响该膜运动的精度的参数至少是双重的。为了获得膜对供应的电信号的高保真响应，膜的实际运动应该对电信号进行线性地响应。为了实现膜的这种线性响应，其中容纳有线圈的间隙中的磁通必须尽可能均匀。磁通越均匀将导致越少的失真。

另外，如上面已经提到的，磁场的衰减强度尽可能对称是非常重要的，因为将磁场表示为到间隙中心的距离的函数的曲线应该在到间隙中心的任一实际距离呈现相似的特性。因此，将磁场表示为到间隙中心的距离的函数的曲线应该在落入间隙内的距离处以及在间隙外的距离处尽可能对称于间隙的中心。用这种方法，所谓的偶次谐波失真可以被减少。此外，在间隙外面具有对称的磁场衰减强度暗指线圈可以部分地离开间隙而不会引起任何不可接受的失真。换句话讲，越少的涡流电流出现在围绕空气间隙的导电元件之间的磁通场里，磁通场的线性度越好，并且因此声圈将在通过整个空气间隙从而在扬声器的范围内更好地以线性方式响应。

因此本发明的目的是提供一种类型的磁体组件，其为具有连接到声圈的移动的膜的类型，声圈在磁体组件内的空气间隙中是可移动的，其中磁体组件的性能得到改善。改善主要是针对在用于容纳声圈的间隙中产生均匀的磁通以及提供了一种磁体系统，该磁体系统即使长时间连续使用以后，声音也具有减小的失真，即使在声圈运动的极限位置。

通过本发明，该目的通过用于扬声器的电磁驱动单元得以实现，所述扬声器是其中空气间隙被布置在磁铁系统中以便通过空气间隙的磁通线实质上是线性的并且声圈被布置在所述空气间隙中的类型，其中该磁体系统包括通过所述空气间隙与环形磁体系统隔开的中心轭，所述磁体系统至少包括连接到所述中心轭的底板，和磁体以及顶板，其特点是中心轭的至少对应于空气间隙的范围的部分以及顶板的至少对应的部分由软磁复合材料制成。

特别是利用软磁复合材料(SMC)提供了在间隙中生成非常低的涡流电流。由于这些材料通常比用于电磁驱动单元的传统的铁材料更加昂贵，有利的是仅在涡流电流可能影响声圈的地方布置软磁复合材料(SMC)。

SMC是具有非常低的电导率的各向同性的铁基材料，但是具有非常高的磁导率和高饱和感应。具有这些特性，磁通饱和度很高，由此产生的磁通变得更加均匀和一致。

表1相关参数的相对比较

对于如上所述的电磁驱动单元类型的扬声器驱动器，具有高磁导率但是尽可能小的电导特性是非常重要的。导电材料将促进涡流电流的产生以及因此上面已经提到的失真。SMC材料是不良电导体，然而由于其相对较高的铁含量，其具有很好的磁导率。比较电阻，也见表1，例如纯铁大约是0.097微Ω米，对于烧结的铁粉材料，相对应的电阻是1.0微Ω米，然而对于SMC材料，它们具有大约400-8000微Ω米的电阻，这取决于软磁复合材料的组成。因此，使用SMC材料来产生磁通场，磁导率得以保持然而电导率小于传统的铁制品的大约万分之一，由此涡流电流的产生被极大地最小化。因此，空气间隙中的磁通场将更加均匀以致将会出现线性度增加。

另一个影响磁通场随时间的性能的因素是材料的磁滞特性，例如其在GB 2022362中作了讨论。由于它具有较差的电导率的固有的构造，SMC材料也将具有与材料的磁滞特性相关的提高的线性度。

在更有利的实施方式中，软磁复合材料是微粒大小在45μm到150μm之间的范围内的铁粉，这里铁粉的微粒涂覆有电绝缘的无机化合物。

SMC材料的特性取决于SMC的组成，即微粒的大小、形状、添加剂等，但本发明已发现涂覆无机电绝缘化合物的微粒提供了以上已经提到的优势，上述无机电绝缘化合物具有减少的空气空隙容量。

在更有利的实施方式中，整个轭和/或整个顶板由软磁性复合材料制成。

SMC材料的特性使得可以例如通过压力(熔合在一起)结合铁和SMC，以这样一种方式，基本上难以区分从一种材料到另一种材料的分界线。因此，可能产生与铁件烧结在一起的复合材料的半成品块并且此后把这些碎片加工成需要的形状。

SMC材料通过在陶瓷烧结过程中铁粉微粒被结合在一起的事实区别于其他材料，其中氧化层形成为微粒之间的连接边界层。与其中聚合物用于将微粒连接/结合在一起的其他材料相反，这提供了强大且刚性的连接。聚合物虽然具有很好的电绝缘性能但是对温度变化敏感。扬声器的磁体系统在使用中将会升温，由此聚合物结合材料将变得越来越塑性和变形。这将产生材料扭曲并且从而产生声音。

本发明还针对根据以上描述的在扬声器单元中具有至少一个电磁驱动单元的扬声器。

附图说明

本发明现在将参考附图进行解释，其中

图1图示了根据本发明的电磁驱动单元。

图2图示了其中只有某些部分由SMC材料制成的本发明的另一实施方式。

具体实施方式

图1图示了用于扬声器的电磁驱动单元，这里电磁驱动单元1具有中心轭2和环形磁体系统3。磁体系统3包括磁体4，其实质上上是圆形的或至少部分被放置在与中心轭实质上等距的圆中，并且在磁体4的顶部布置了环形顶板5，以致顶板5的内径与中心轭2的外径之间的相对尺寸提供了空气间隙10，其中布置了声圈11。在这个实施方式中的顶板5及中心轭2是由以上讨论的软磁复合材料(SMC)制成的，其中电导率非常低而磁导率非常高。

此外，使SMC达到饱和的可能性远大于使普通铁构件达到饱和的可能性并且同时避免涡流电流，以致顶板5的内径与轭2的外径之间的空气间隙10中的磁通场实质上上是线性的并且没有被由涡流电流的产生导致的任何失真影响，当声圈11开始在空气间隙10中移动时可能产生涡流电流。

声圈响应于线圈中感应的电流而移动，由此线圈将在磁通场中移动并且从而移动作为扬声器单元的一部分的膜(未示出)。磁体4是标准磁铁，但也可以是任何类型的高级磁体，例如neodyn磁体。SMC材料使SMC磁通饱和变得更容易，并且因此零件可能更小，或磁体可能更小因为高饱和状态在空气间隙10中提供了更均匀和线性的磁通场。

在图2中示出本发明进一步的实施方式，其中只有顶板的某些部分5’是由SMC材料制成的。同样地，只有中心轭2的有限部分2’被提供有SMC材料。在图2中示出的构造将具有SMC材料的磁导率的益处以及同样地非常低的电导率的益处，以致在本实施方式中涡流电流也将可以忽略。

在制造过程中，可将SMC材料与铁材料熔合在一起，以致例如图2中示出的顶板将或多或少是均匀的材料。

顶板5和磁体4也可以被制成较小的单元，其被布置为在圆中彼此相邻以致轭和顶板5之间的磁通场将以这种方式生成。该实施方式是特别有利的，因为可以更合理的方式制造小部分，因为小部分可在垂直截面上(在使用中)可具有任何横截面以致可获得其他效果，例如较低的空气阻力，更好地使用更昂贵的材料等。

Claims (5)

1.一种用于扬声器的电磁驱动单元，所述扬声器为其中空气间隙被布置在磁体系统中以致通过所述空气间隙的磁通线实质上是线性的并且声圈布置在所述空气间隙中的类型，其中所述磁体系统包括与环形磁体系统通过所述空气间隙隔开的中心轭，所述磁体系统至少包括磁体、顶板和连接到所述中心轭的底板，其特征在于：所述中心轭的至少对应于所述空气间隙的范围的部分及所述顶板的至少对应的部分由软磁复合材料制成，其中所述软磁复合材料通过在陶瓷烧结过程中铁粉的微粒被结合在一起的事实区别于其他软磁复合材料，其中氧化层形成为微粒之间的连接边界层。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动单元，其特征在于所述软磁复合材料是具有在45μm到150μm范围的微粒大小的铁粉，其中所述铁粉的微粒被涂覆有电绝缘的无机化合物。

3.根据权利要求1或2所述的电磁驱动单元，其特征在于整个所述轭和/或整个所述顶板由所述软磁复合材料制成。

4.一种扬声器单元，其具有框架和将所述框架连接到膜的外围物，其中所述膜设置有声圈，所述声圈被布置在根据权利要求1到3中的任何一项所述的电磁驱动单元的空气间隙中。

5.一种扬声器，其具有箱和被布置在所述箱中的至少一个根据权利要求4所述的扬声器单元。