CN104661161B - 倒置式双线圈换能器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种具有低构型构造的双线圈换能器。所述换能器包括：绕所述换能器的中心区安置的音圈；从所述中心区大体向外延伸且包括附接到所述音圈的内边缘的具有柔性悬浮的振膜，其中所述振膜包括凹表面；以及安置在所述凹表面前方的至少一个磁体组合件，其中所述至少一个磁体组合件界定绕所述中心区安置的至少两个磁隙。所述换能器将通常安置成具有在扬声器外壳外部的电机以用于最佳热耗散。

Description

倒置式双线圈换能器

技术领域

本公开案大体涉及一种音频换能器，且特定来说涉及低构型、轻重量、高功率音频换能器的配置。

背景技术

电动换能器可用作扬声器或用作扬声器系统中的组件以将电信号变换为声信号。各种类型的电动换能器的基本设计和组件是众所周知的。

电动换能器通常包括机械、机电和磁性元件以实现电输入到声输出的转换。举例来说，换能器通常包括框架、提供气隙上方的磁场的磁性电机组合件、音圈、具有外周边和顶点的振膜，以及耦合在振膜的外周边与框架的外周边之间的悬浮系统。由线圈架支撑的音圈耦合到振膜的顶点使得流经音圈的电流致使音圈在气隙中移动且也致使振膜移动。

电机组合件和音圈协作充当电磁换能器(也简单称为换能器、扬声器或驱动器)。电机组合件通常包括磁体(通常为永久磁体)和相关联铁磁组件(例如极片、板、环等)，其以围绕中心轴的圆柱形或环形对称进行布置。然而，可使用产生静磁场的任何装置，包括不具有永久磁体的场线圈电机。此外，可使用其它磁体布置，例如正方形、赛道或其它不对称配置。

取环形配置作为典型实例，电机组合件建立磁性回路，其中大部分磁通量导向环形(圆形或环形状)气隙(或“磁隙”)中，磁通量线具有相对于对称轴的显著径向分量。音圈通常由导电线形成，所述导电线在音圈线圈架的下部部分周围圆柱形缠绕若干匝，而音圈线圈架的上部部分附接到振膜。线圈架和所附接的音圈插入到磁性组合件的气隙中使得音圈暴露于磁性电机组合件建立的静(固定极性)磁场。音圈可连接到音频放大器或待转换为声波的电信号的其它源。

在常规构造中，换能器的振膜(由于其形状也称为“椎体”)形成为直径实质上大于音圈的椎体。在此类型的构造中，振膜包括响应于振动输入的柔性或柔顺材料。振膜通过一个或多个支撑但柔顺悬浮构件悬浮使得允许振膜的柔性部分移动。在常见构造中，悬浮构件可包括称为“围绕物”的外部悬浮构件。所述围绕物连接到振膜的外边缘且从振膜向外延伸以将振膜连接到框架。支撑元件也可包括称为“多脚架”的内悬浮件。多脚架通常连接到音圈且从音圈延伸到框架的下部部分；因此，将音圈连接到框架。以此方式，振膜通常通过直接连接到上面支撑音圈的线圈架而机械指引到音圈。

在操作中，电信号作为交流电(AC)在大体垂直于磁体产生的磁通量线的方向的方向上经由音圈发射。交流电与磁气隙中的恒定磁场交互。所述交互产生拉普拉斯力。此力表达为磁通量密度、链接到磁通量的音圈的匝的总长度以及流经音圈的电流的值的乘积。归因于作用于定位在永久磁场上的线圈线上的拉普拉斯力，对应于传达音频信号的电信号的交流电致动音圈以在气隙中来回往复运动，且对应地移动线圈(或线圈架)附接到的振膜。因此，往复运动的音圈致动振膜以同样往复运动，且因此产生作为声波经由适宜的流体媒介(例如，空气)传播的声信号。流体媒介中与这些波相关联的压力差由听众解释为声音。声波可由其瞬时谱和等级表征，且依据供应到音圈的电信号的特性而变。

因为音圈的材料具有电阻，所以流经音圈的一些电能转换为热能而非声能。从音圈发出的热可转移到扬声器的其它操作组件，例如磁性组合件和线圈架。电阻热的产生出于若干原因是不利的。第一，电能到热能的转换造成换能器执行其既定用途(即，将电能转换为用于产生声信号的机械能)的效率的损失。第二，过多热量可能损坏扬声器的组件和/或使通常用于将各个组件附接在一起的粘合剂降级，且甚至可致使扬声器停止运作。举例来说，某些组件本身以及粘合剂和电互连(例如，接触件、经焊接界面)的材料可融化、受到污染或以其它方式降级。

作为额外实例，音圈可与线圈架脱离且因此离开相对于驱动器的其它组件的适当位置，这不利地影响音圈与磁体组合件之间的适当电磁耦合以及音圈与振膜之间的机械耦合。并且，过多热量将致使某些磁体消磁；举例来说，不同等级的钕(Nd)磁体将在约80℃与200℃之间的温度下消磁。因此，热量的产生限制了扬声器的功率处理能力和无失真音量以及其作为电-声换能器的效率。当考虑经由音圈的电阻随着温度增加而增加时，此类问题加剧。即，音圈的电线变得越热，其电阻就变得越高且其就产生更多热量。

最常见形式的扬声器在单一磁隙中使用单一音圈绕组。然而，扬声器性能可通过使用多个线圈/多个间隙设计而增强。

虽然多线圈换能器可包括轴向彼此间隔开的两个或多个单独绕组以形成两个或多个线圈，但可使用相同电线来形成线圈。多个音圈通常在线圈本身上或在扬声器外部电连接在一起使得线圈一起工作以移动振膜。随着两个线圈提供用于驱动振膜的力，扬声器的功率输出可增加而不显著增加大小和质量。多线圈扬声器的最常见实施方式使用两个音圈和两个磁隙，然而额外音圈可除驱动椎体外还用于其它用途，例如限制过多冲程或提供指示线圈速率或位置的感测信号或其它功能。

许多多线圈/多间隙设计与常规单线圈设计相比能够每换能器质量产生更多功率输出且耗散更多热量。举例来说，双线圈设计与许多单线圈配置相比提供更大线圈表面积，且因此表面上能够以较大热传递速率耗散较大量的热。使表面积和线圈绕组的匝数加倍的双线圈设计可增加(例如，几乎加倍)线圈耗散热量的能力。

虽然多线圈/多间隙构造与单间隙设计相比具有若干优点，包括较高功率处理、减少的失真、减少的电感和延长的频率响应，但双线圈/双间隙扬声器存在至少三个特定缺点。第一，双线圈驱动器的所要优点是其能够在较大功率输出下操作，因此在较大功率输出下操作双线圈换能器同时也会致使双线圈换能器产生更多热量。因此，双线圈设计中固有的改进的热耗散可被较多热量产生抵消。可存在归因于紧凑电机和磁体与发热音圈的接近度的过热磁体的问题。举例来说，与单线圈换能器相比，许多双线圈换能器(且更一般来说多线圈换能器)中的适当热耗散归因于必须在热源(主要是音圈)与周围环境之间穿过的较长热路径而一直是一个问题。

第二，较长双音圈和电机结构增加扬声器的总深度，且这可限制在具有有限可用空间的应用中的可用性。

第三，较长双音圈在扬声器的极端背部是悬臂式的，距悬浮元件很远。在此位置中，音圈容易在磁隙中径向摇晃或摆动，从而可能撞击磁体结构。具有较深构型的额外缺点需要扬声器外壳内部较大空间。

因此，需要一种提供增加的功率处理的紧凑多音圈/多间隙换能器构造，以及用于在换能器和含有换能器的装置(例如，扬声器等)的操作期间从导电线圈结构和磁性结构快速移除大量热的构件。

发明内容

提供一种双线圈电磁换能器，其具有低构型构造、增加的热功率处理能力和改进的动态稳定性。在一个实施方式中，换能器可包括绕换能器的中心区安置的音圈，和从中心区大体向外延伸的可移动振膜(具有柔性悬浮部分)。振膜包括附接到音圈的内边缘，和凹表面。换能器也包括安置在凹表面前方的至少一个磁体组合件，其中所述至少一个磁体组合件界定绕中心区安置的至少两个磁隙。

在另一实施方式中，换能器可包括：篮，其绕中心轴安置；振膜，其包括相对于中心轴可往复移动的柔性振膜部分，其中振膜耦合到篮以界定振膜的背部表面与篮之间的外壳；至少一个磁体组合件，其安置在外壳外部且与振膜轴向间隔，所述磁体组合件具有绕中心轴环状安置的至少第一和第二磁隙；以及导电线圈，其与振膜机械连通，所述线圈包括彼此轴向间隔的至少第一线圈和第二线圈，其中第一线圈至少部分安置在第一磁隙中且第二线圈至少部分安置在第二磁隙中。

在又一实施方式中，换能器可包括：中心毂，其绕换能器的中心轴安置；至少一个磁体组合件，其耦合到中心毂，所述至少一个磁体组合件界定绕中心轴环状安置的至少两个磁隙；音圈，其绕所述至少一个磁体组合件安置，所述音圈定位在所述至少两个磁隙内；以及振膜，其从中心区大体向外延伸且包括附接到音圈的内边缘。振膜可与绕中心区安置的篮耦合，其中所述篮与振膜的背部表面形成外壳。在此实施方式中，所述至少一个磁体组合件安置在外壳外部以实现从所述至少一个磁体组合件向周围空气进行热耗散。

也提供一种用于冷却电磁换能器的方法。所述方法包括：向换能器提供具有经由其中心形成的端口的至少一个磁体组合件、包括彼此轴向间隔开的至少第一线圈和第二线圈的线圈以及线圈缠绕所围绕的线圈架，其中所述第一线圈至少部分安置在第一磁隙中且所述第二线圈至少部分安置在第二磁隙中，其中所述线圈架包括定位在所述至少一个磁体组合件下方的闭合端帽；以及经由第一线圈和第二线圈传递电信号以致使线圈架振荡。随着线圈架振荡，端帽将所述至少一个磁体组合件与所述端帽之间的空间内的热空气经由端口泵送到周围空气以通过对流使换能器冷却。

本领域的技术人员在检查以下图式和详细描述后将了解本公开案的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点。希望所有此类额外系统、方法、特征和优点包括在此描述内且受所附权利要求书保护。

附图说明

可通过参看以下图式更好地理解本公开案。图式中的组件不一定按比例绘制，而是强调说明本公开案的原理。在图中，相同参考数字贯穿不同视图表示对应零件。

图1说明本公开案的换能器的实施方式的一个实例的透视图。

图2是图1的换能器的横截面正视图。

图3是图1的换能器的磁体组合件的分解横截面图。

图4是说明图1的换能器的围绕悬浮构件的分解横截面图。

图5说明本公开案的换能器的另一实施方式的实例的透视图。

图6是图4的换能器的横截面正视图。

图7是图4的换能器的磁体组合件的分解横截面图。

图8是说明图4的换能器的围绕悬浮构件的分解横截面图。

图9说明本公开案的换能器的又一实施方式的实例的透视图。

图10是图9的换能器沿着截面线10-10截取的横截面图。

具体实施方式

图1-8说明本公开案的电磁换能器(即，扬声器驱动器)的各个实施方式。特定来说，图1说明本公开案的换能器100的实施方式的一个实例的透视图。换能器100可包括篮或后框架102、振膜104、磁体组合件202(图2)、音圈204(图2)、前框架106以及包括围绕物108和多脚架元件206的悬浮系统。虽然最常见为圆形形状，但换能器100可并入有例如三角形、正方形或任何其它适宜构造等构造的振膜。

图2说明扬声器100的横截面正视图。如图所示，后框架102可包括椎体构造，其具有界定开放内部212的框架主体210、具有底部平台216的环形基底214、顶部平台218和顶部轮缘220。框架102可通常由压制薄片金属构成、由塑料或铸造金属(例如，铝或钢)或本领域已知的用于与扬声器框架一起使用的其它材料模制。一个或多个切口222可形成在框架主体102中以界定在顶部平台218与基底214之间延伸的一系列支柱224。

振膜104虽然可为任何形状但展示为大体锥形主体226，其具有外部表面227、附接到围绕物108的内翼片406(图4)的第一端410(图4)和附接到音圈204的第二端230。如图所示，振膜104定位在后框架内部212以内。在此配置中，通过本领域已知的常规粘合剂或其它机构将第一端410附接到围绕物108的内部凸缘406且将第二端230附接到音圈204，用于将振膜分别安装到围绕物和音圈。振膜104可由包括纸张、聚合物、基于金属的复合物或本领域已知用于与振膜一起使用的材料的各种材料制成。

在当前实例中，磁体组合件202包括耦合在两个极板之间的第一磁体240和第二磁体242：前极板244和后极板246。在其它实施方式中，磁体组合件202可简单地包括一个或者三个或三个以上磁体。本领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开案的范围的情况下利用磁体240、242和极板244、246的其它配置。

极板244、246可由铁磁钢或具有高磁导率的其它适宜的材料制成。在当前实例中，极板244、246按环形形状以大于高度的半径构造。

夹在前极板244与后极板246之间的是第一和第二磁体240和242，其与极板244、246一起形成堆叠，所述堆叠可通过任何数目的方法(包括机械紧固件或粘合剂)焊接在一起。在当前实例中，磁体240、242可由钕制成，钕是每质量具有高磁通量的材料，但其或者可由任何数目的可用永久磁体材料构成。磁体240、242可包括补充极板244、246的构造的构造，举例来说，如图所示，磁体240、242可为环状，其外半径稍小于前极板244和后极板246的外半径。通过使用钕，磁体240、242可与由陶瓷制成的常规磁体相比薄的多且直径更小，且与由铝镍钴合金制成的磁体相比更薄且更小。

如图所示，极板244、246和磁体240、242界定波状端口248，当极板244、246和磁体240、242堆叠时其延伸穿过磁体组合件202的中心。在其它实施方式中，端口248可包括简单圆柱形形状。

磁体的中心中的端口248提供防尘罩260的振动产生的声能的路径以与振膜104产生的声能组合，从而用以增加系统的总体辐射区域和对应的声学效率。端口248提供穿过相对小端口的较高速率气流的另一益处，其对于当高速空气流经端口附近的最热组件时装置的自行冷却可能是有益的。

图3是换能器100的磁体组合件202的分解横截面图。如图所示，磁体组合件202可定位在环形间隙套管250内。环形间隙套管250耦合到中心毂110的外壁272的端部310且在该处紧固在适当位置。类似于极板244、246，间隙套管250也必须由铁磁钢制成。如此实施方式中展示，间隙套管250包括环形构造，其具有近似等于极板244、246与磁体240、242的组合高度的高度，但间隙套管的长度可基于设计的细节变化。磁体组合件202可经配置以配合在间隙套管250内使得间隙套管250的内半径稍大于极板244、246的外半径。间隙套管250的稍大的半径提供极板/磁体堆叠与套管250之间的环形磁性气隙302(图3)。

在一些实施方式中，极板244、246的外表面与间隙套管250的内表面可用由导电材料(例如，铜(Cu)、铝(Al)等)组成的覆层、涂层或镀层(未图示)涂覆。此类覆层可用于减少换能器100中的失真和电感。在一个实例中，覆层可具有范围从约0.015到0.025英寸的厚度。

在其它实施方式中，可使用导电短路环(未图示)减少非线性失真和音圈的电感。导电环可放置在前板244前方、在磁体240、242或极板244、246的外表面上和/或在后板246下方，而非类似于铜覆层放置在磁隙302中。在其它实施方式中，一个或多个短路环可并入到环形间隙套管250的内壁中。导电短路环可由具有在例如0.050与0.150英寸厚之间的径向厚度的铜、铝等制成。

现返回到图2，封围磁体组合件202，音圈204定位在磁隙302内。音圈可通常为响应于电流振荡同时经受磁体组合件202建立的恒定磁场的任何组件。在所说明的实例中，音圈204包括线圈架254，其可用音圈线256缠绕在磁隙302内。在替代实施方案中，音圈204可用用于制造扬声器音圈(例如，由直接结合到振膜的自行支撑缠绕线组成的无线圈架音圈)的任何已知方法缠绕。

线圈架254通常包括中空圆柱体258，其通过称为“防尘罩”的凹元件260封闭。线圈架254也包括延伸到前框架106中的磁隙302中的开放端262。线圈架254可由坚硬耐高温材料(例如，聚酰胺)制成，其具有约5/1000英寸的厚度或任何其它适宜的厚度。除挡住灰尘外，防尘罩260也是辐射区域的固有部分。

音圈204通过任何适宜的手段机械引导到振膜104或与振膜104连通，所述手段使音圈204能够因而以振荡方式致动或驱动振膜104，因此产生与经由音圈204发射的电信号相关的机械声能。在所说明的实例中，音圈204经由线圈支撑结构或构件(例如线圈架254)与振膜104机械连通。

线圈架254用以支撑线圈线256。线圈架254的直径大于磁体组合件202的外径且小于环形间隙套管250的内径，从而使线圈架254能够在实践中延伸到磁体组合件202与环形间隙套管250之间的间隙302中且轴向自由移动穿过间隙302。线圈线256的至少一部分缠绕或包裹在线圈架254的外表面上且可例如通过粘合剂牢固地附接到线圈架254。线圈线256可定位在线圈架254上使得在扬声器100的操作期间的任何给定时间，线圈线256的至少一部分安置在间隙302中。利用此配置，在操作中，线圈架254随着线圈线256振荡且所述振荡转移到振膜104。

防尘罩260的振动可用于泵送空气穿过端口248、通过中心毂110中的散热片118，以向换能器100电机提供有效的强制空气冷却。此强制空气冷却也增加换能器100电机效率，因为利用了防尘罩的辐射区域。

音圈线256可在开放端262处绕圆柱体258缠绕，且包括单一或双线圈。在所展示的实例中，音圈256包括“双线圈驱动”或“双线圈电机”配置。此配置包括多个不同线圈部分，使得线圈256实际上构成多个个别线圈。

在当前实例中，线圈256的线绕线圈架254缠绕所要匝数以形成第一(上部或前方)线圈部分264，接着沿着线圈架254的侧部向下运行轴向距离，且接着绕线圈架254缠绕所要匝数以形成与前部部分264轴向间隔的第二(下部或后方)线圈部分266。在前部部分264与后部部分266之间延伸的线的部分可经隔离以将线的此部分与两个线圈部分264和266电隔离。线的两端可连接到任何适宜的电路(包括例如，放大器)用于驱动扬声器100。前部部分264和第二线圈部分266可定位在线圈架254上使得在换能器100的操作期间的任何给定时间，前部部分254的至少一部分和后部部分266的至少一部分安置在间隙302中。此外，前部部分254可经定位使得其大体与前极板244对准(即，邻近)，且后部部分266经定位使得其大体与后极板246对准(即，邻近)。

线圈线256绕线圈架254缠绕的优选次数由扬声器的设计确定且是本领域中众所周知的。在前部部分264具有与后部部分266相同匝数(绕组)的情况下，匝数与具有任一个别线圈部分264或266的相同匝数的单线圈配置相比加倍。另外，被具有两个线圈部分264和266的线圈306覆盖的表面积也加倍，而不增加磁隙302的大小。形成线圈306的线可在顺时针方向上围绕线圈部分264或266的一者运行且在逆时针方向上围绕另一线圈部分266或264运行。通过此配置，电流在与电流流经线圈部分264或266的一者的相反的方向上流经另一线圈部分266或264。因为磁体组合件202建立的磁通量线在第一间隙352和第二间隙354的每一者中在相反方向上运行且每一线圈部分264和266中的电流在相反方向上运行，所以拉普拉斯定律保证每一线圈部分264和266中的电流产生的力在相同方向上运行，因此使施加到线圈架344的力加倍且使换能器100能够产生与单线圈扬声器相比更多功率。

一般来说，在操作中，换能器100在到线圈204的适当连接处接收电信号的输入，且根据本公开案中上文简要概述且本领域的技术人员容易了解的机制将电信号转换为声信号。声信号从振动振膜104传播或辐射到周围环境。以此方式，振动振膜104在换能器100的内部空间中建立气流，包括在防尘罩260与磁体组合件202之间的中间内部区294中。振膜104的向下轴向移动将周围空气汲取到中间区294中，且振膜104的向上轴向移动向上推动空气穿过端口248、通过冷却片118且向外到周围环境中。因此，从中间区294传递穿过端口248的经加热空气可由散热片118通过对流耗散。

在一些实施方式中，线圈架204可进一步包括一个或多个通风口268，其绕圆柱体258径向布置用于允许防尘罩260产生的声能与振膜104产生的声能组合。在使用此类通风口268的实施方式中，除通过磁体240、242的中心的端口248外或代替端口248，可使用通风口。

在其它实施方式中，音圈204可包括包裹器(未图示)，其包装音圈线圈架254以提供额外结构强度。因此，当参考将悬浮构件或任何其它扬声器组件连接或附接到音圈线圈架254时，可作出直接到音圈线圈架254的包裹器或直接到音圈线圈架254(当线圈架缺乏包裹器时)的附接。

音圈204通常可由悬浮系统(即，多脚架206)支撑在闭端260处。多脚架206通过本领域已知的粘合剂或其它机构附接到圆柱体258用于将多脚架206安装到音圈线圈架254。除多脚架206外，圆柱体258也可在闭端260处附接到振膜104的一端。

返回参看图1，前框架106封围内部212(图2)且通常包括具有毂110、环形外轮缘112和耦合在毂110与外轮缘112之间的多个径向布置的辐条114的“轮”配置。前框架106可由压制金属、铝、铸造或锻造钢、塑料、陶瓷或任何其它适宜的材料制成。因为前框架106充当主要散热组件，所以其通过使用具有高导热率的材料(例如，金属)而受益。视需要，前框架106可由多个材料制成，所述材料包括前框架的多个部分作为成本、机械特性与热特性之间的折衷，如换能器的特定用途确定。

如图2中最佳展示，毂110可包括中空圆柱体270，其具有外壁272、内壁274和形成在内壁274与外壁272之间的环形内部276。内壁274界定中心孔280用于轻量化。中心孔280可任选地经形成以促进例如冷却片(118、510)或肋部等额外散热特征的使用，如下文更详细论述。举例来说，冷却片510(图5所示)位于毂110的外部而非内部，因为在图5所示的实施方式中，存在沿着毂的外表面的由振动振膜504引起的较大气流。环形内部276包括开放端310(见图3)用于接纳音圈开放端262的至少一部分。

圆柱体270也可包括耦合到内壁274的端部的环形凸缘282。环形凸缘282封围中心孔280的一端且界定使中心孔280与端口248连通的孔口284。环形凸缘282进一步经配置以通过粘合剂或其它适宜的手段支撑磁体组合件202的前极板244。

在一些实施方式中，如图1和2所示，一系列径向布置的冷却片118可耦合到毂110的内壁274。在一个实施方式中，冷却片118可向内延伸到中心孔280中。冷却片118可由用于制造前框架106的相同材料制成，或可任选地由高导热材料构成(如果前框架106的其它部分由较低导热材料制成)。散热片118的用途是与进入和离开端口248的气流交互以更有效地通过对流向单元提供自行冷却。可由设计者确定散热片的具体形状、大小、位置和密度以提供冷却的最佳平衡，同时不会过分限制经过端口248的气流。

现参看毂110的外壁272，外壁272可设定角度或以其它方式配置在开放端310附近以适应间隙套管250。如上文提及，间隙套管250可在开放端310处通过粘合剂、按压配合或其它手段耦合到外壁272的内表面。

从毂110向外移动，外轮缘112经配置以与顶部平台218和轮缘220(图2)的内表面配对。现参看图2，外轮缘112可通过一个或多个紧固件(未图示)经由在直径方向绕轮缘112布置的紧固件孔116(图1)可拆卸地耦合到顶部平台218。

图4是围绕悬浮构件108的放大截面图。如图所示，围绕物108包括紧固在外轮缘112与顶部平台218之间的外边缘402、波浪状部分404和上覆且附接到振膜104的外端410的向下且向内引导的内翼片406。围绕物可由工业中普遍已知的材料制成，包括例如橡胶、压缩泡沫橡胶、波状布料、纸张、塑料、经处理纤维或用以径向约束振膜但仍允许其由音圈204驱动时在轴向方向上振动的其它适宜的材料。将前框架和后框架与围绕凸缘附接的此实施方式中展示的特定方法仅是一种可能的构造方法，仅为了说明而展示。设计者可视需要使用将两个框架附接在一起的其它方法(例如，超声焊接、按压配合、夹紧和其它适宜的手段)。

围绕悬浮构件108将后框架102和前框架106耦合到振膜104，且经配置和布置以在向内和向外两个方向上向音圈/振膜组合件的最大冲程提供一定程度的约束，并保持音圈204相对于磁隙302居中。虽然当前配置展示具有一系列同心波纹的悬浮构件，但本公开案可利用其它已知悬浮配置实践，包括半辊形状、三角形波纹、平坦围绕物、乃至完全无围绕物(其中所有回复力仅来自多脚架)。

返回参看图2，多脚架206包括外凸缘286、波浪状部分288和附接部分290。在所说明的实例中，外凸缘286可附接到环形基底214的底部平台216，且附接部分290可通过粘合剂或适于将悬浮构件附接到音圈的其它手段附接到音圈204的圆柱体258。多脚架可由例如酚醛浸渍布料、橡胶、塑料、织物或本领域已知用于围绕悬浮构件的其它材料等各种材料制成。

一般来说，多脚架206将音圈204连接到后框架102的环形基底214。因此，多脚架206辅助使音圈204在磁隙302中围绕磁体组合件202居中。

在操作期间，在音圈204由经由称为金银丝导线(未图示)的柔性电线发射的电流激励时，当前实施方式的换能器100产生声波。也可使用激励音圈的其它方法，例如电感耦合。

此外，前框架106耗散音圈204产生的热的能力使换能器更加强大。在无前框架106的散热器的情况下，耗散能力加倍(例如，换能器100中的功率)将大约使所产生的温度加倍。除非换能器100最初功率不足，否则使温度加倍将损坏换能器100的组件且致使换能器100停止工作。因此，增加换能器100中的功率需要耗散热量的技术。

本公开案利用的一种管理热量的技术是线圈线256的双线圈绕组。通过在两个不同位置使电线256缠绕，使线圈架254、磁体组合件202和环形间隙套管250上的表面积有两倍，热量可传递到不同位置且覆盖较大面积。通过在不同区域中且在较大面积上传递，热量可更快耗散，条件是热量可从间隙套管250和磁体组合件202流动。然而，在不提供热量从间隙套管250和磁体组合件202释放的情况下，双线圈的设计优点将被折衷。

为允许热量从间隙套管250和磁体组合件202流动，前框架106在中心毂110处耦合到间隙套管250和磁体组合件202。前框架106接着充当来自间隙套管250和磁体组合件202的热量可流入的散热器。流经前框架106的热量通过外壳(由于其较大表面积)耗散。

如图1和2中最佳所见，前框架106的表面积通过添加从毂110延伸的径向或其它高表面积散热片(即，辐条114)而增加。图2和3中最好注意到，中心毂110的外壁272与环形间隙套管250同心，且与套管的外表面的相当一部分啮合。以相同方式，中心毂110的内壁274结合到磁体组合件202的前极板244。同样图1中所见，毂110的横截面面积相对于间隙套管250的厚度是可观的，从而允许前框架106充当有效散热器。散热片或辐条114与毂110一体式形成，即前框架106的与间隙套管和磁体组合件202啮合的部分。

辐条114使特定大小前框架外壳106能够具有比具有规则或紧凑形状的类似大小的外壳实质上更大的表面积。任何形状的辐条114可用于增加前框架106的表面积。另外，例如从辐条114的向外端延伸的径向翼部分119等其它表面不规则或突起可用于增加前框架的表面积。因为热量从前框架106的表面流到空气中，所以前框架106的表面积越大则热量耗散越大。

另外，可通过经由前框架外壳106的中心毂110吹送或传递热空气而耗散更多热量。因为热量从前框架106流到周围空气，所以空气的流动加快热量从前框架106的耗散。

在图1-4中展示的实施方式中，经由中心毂110的气流当换能器100产生声音时由振膜104的振动产生。气流从中间内部区294推送穿过端口248。从端口248传递的空气接着移动通过冷却片118，且散热片118上空气的移动增加其将热量耗散到周围空气中的能力。

图5说明本公开案的换能器500的实施方式的另一实例的透视图。换能器500可包括篮或后框架502、振膜504、磁体组合件602(图6)、音圈604(图6)、中心毂506以及包括围绕物508和多脚架连接器606(图6)的悬浮系统。

图4和5中展示的实施方式可能不如图2中展示的实施方式合乎需要，因为后者能够使用防尘罩辐射的声能，这增加换能器的总效率。然而，图5中展示的实施方式具有重量较轻的优点，因为前框架从设计移除且散热片“毂”由并入到后框架502中的底座630(图6)支撑。

图6说明换能器500的横截面正视图。如图所示，后框架502可包括锥形构造或其它形状，其具有界定开放内部612的框架主体608、具有平台616和圆形底壁618的环形基底614、顶部平台620和顶部轮缘622。一个或多个切口624可形成在框架主体608中以界定在顶部平台620与基底614之间延伸的一系列支柱626。此外，出于减少重量或减小振膜上的背压的目的，在一些实施方式中，底壁618可视需要包括一个或多个通风孔628。

在一些实施方式中，如图6所示，后框架502也可包括底座630，其从底壁618轴向延伸到框架内部612中。底座630包括环形侧壁632和顶壁634。

振膜504可包括大体锥形主体642，其具有外表面644、附接到围绕物508的第一端646和附接到音圈604的第二端648。如图所示，振膜504定位在后框架内部612内。

类似于以上实例，当前实例的磁体组合件602包括耦合在前极板654与后极板656之间的第一磁体650和第二磁体652。然而，在其它实施方式中，磁体组合件602可简单地包括一个或者三个或三个以上磁体。

磁体650、652可包括补充极板654、656构造的构造。如图7中展示，磁体组合件602定位在环形间隙套管660内。环形间隙套管660可耦合到中心毂506的中心部分以将套管相对于磁体组合件紧固在适当位置。类似于上文描述的实施方式，磁体组合件602可经配置以配合在间隙套管660内使得间隙套管660的内半径稍大于极板650、652的外半径。间隙套管660的稍大的半径提供极板/磁体堆叠602与套管660之间的环形磁性气隙702。

封围磁体组合件602，音圈604定位在磁隙702内。音圈604包括具有圆柱体666的线圈架664，所述圆柱体耦合到多脚架606、具有开放端668，和延伸到中心毂506中的磁隙702中的相对开放端670。

音圈604可包括具有前部分672和后部分674的双线圈。前部分672中的电线绕线圈架664缠绕使得其与前极板654对应。类似地，后部分674中的电线绕线圈架664缠绕使得其与后极板656对应。在其它实施方式中，音圈604可包括两个或两个以上绕组。额外绕组可定位在额外磁隙中以充当驱动线圈，或定位在间隙之间以充当限制极端冲程的制动线圈或用于其它目的。

音圈604通常可由悬浮系统(即，多脚架606)支撑在开放端668处。多脚架606通过本领域已知的粘合剂或其它机构附接到圆柱体666用于将多脚架606安装到音圈线圈架664。除多脚架606外，圆柱体666也可在开放端668处附接到振膜504的一端。

如图6中最佳展示，毂506可包括中空圆柱体676，其具有外壁678、内壁680和形成在内壁680与外壁678之间的环形内部682。中心毂506可由压制金属、铝、铸造或锻造钢、塑料、陶瓷或任何其它适宜的材料制成。

内壁680界定在一端690处闭合的中心孔684，以提供重量的减少(此时不需要材料)。闭端690经配置以通过粘合剂、环氧树脂或其它适宜的手段支撑磁体组合件508的前极板654。环形内部682包括用于接纳音圈开放端670的至少一部分的开放端704。

在一些实施方式中，如图5和6所示，一系列径向布置的冷却片510可耦合到毂中心506的外壁678或与之一体式形成。如图所示，冷却片410可从外壁678向外延伸以提供毂506(其充当散热器)的增加的表面积。因此，冷却片510允许更有效地从结构移除音圈产生的热量。冷却片410可由具有高导热率的任何材料(例如，金属)制成。对于图4和5所示的实施方式，虽然外部散热片而非内部散热片对于利用振动振膜产生的移动空气将更有用，但额外散热片也可放置在毂506的内侧上。除了冷却散热片外，中心毂还可包括一个或多个冷却通风口512，用于使困在篮或后框架502内部中的热空气通风。

现参看毂506的外壁678，外壁678可设定角度或以其它方式配置在开放端704附近以适应间隙套管660。如上文提及，间隙套管660可在开放端704处通过粘合剂、按压配合或其它手段耦合到外壁678的内表面。

返回到磁体组合件602，在所展示的实施方式中，前极板654包括座位655且后极板包括座位657。座位655、657经配置以分别补充中心毂506的环形轮缘688和螺纹接头部分630的顶部表面且与之配对。因此，当组装时，磁体组合件602安置在螺纹接头部分630上、耦合到螺纹接头部分630并通过螺纹接头部分630关于框架中心线610居中。以相同方式，中心毂506安置在磁体组合件602上、耦合到磁体组合件602并通过磁体组合件602关于框架中心线610居中。因此，底座630用以支撑磁体组合件602和中心毂506且使磁体组合件602和中心毂506居中。磁体组合件602可通过粘合剂或其它适宜的手段耦合在底座630与中心毂506之间。

向下移动到基底614，多脚架606包括外凸缘692、波浪状部分694和附接部分696。在所说明的实例中，外凸缘692可附接到环形基底614的底部平台616，且附接部分696可通过粘合剂或适于将悬浮构件附接到音圈的其它手段附接到音圈604的圆柱体666。

图8是围绕悬浮构件508的经放大截面图。如图所示，围绕物508包括附接到顶部平台620的外边缘802、波浪状部分804以及上覆且附接到振膜504(见图5)的外端646的向下且向内引导的内翼片806。围绕物508的外边缘802可通过粘合剂或适于将悬浮构件附接到扬声器框架的其它手段附接到顶部平台620。

图9和10是本公开案的换能器900的实施方式的又一实例的透视图和横截面图。如图10中最佳展示，换能器900包括后框架1002、喇叭形空气膨胀机摄入元件1004、前框架1006以及耦合在空气膨胀机1004与前框架1006之间的磁性电机组合件1008。空气膨胀机1004包括用于传递困在防尘罩1012与电机组合件1008之间的空气的波状喷嘴1010。此气流(描绘为箭头1014)从喷嘴1010传递穿过形成在电机组合件的中心中的孔口1016、传递到形成在前框架1006与通过紧固件安装在前框架1006的顶部上的端帽1020之间的弯曲排出通道1018。

当前实施方式提供(但不限于)具有改进的性能(归因于较低空气失真)的倒置扬声器配置。特定来说，改进的性能归于形成在电机组合件1008(其提供穿过孔口的层状气流)中的孔口1016的逐渐膨胀的实施方式。孔口1016对于减小防尘罩1012与电机组合件1008之间的空气体积1022的刚性是必要的，所述刚性原本会产生电机组合件的谐振频率的显著增加，以及困在防尘罩与电机之间的空气体积1022的非线性压缩所产生的非线性失真的增加。泵送穿过孔口1018的空气的空气紊流所引起的失真取决于孔口的直径，因为较大孔表征为较小紊流或完全无紊流。然而，大孔将减少在磁隙中提供所要磁通量密度所必需的磁体量。

前框架1006具有膨胀以减小退出电机组合件1008的孔口1016的气流1014的速率。前框架1006可或可不包括界定排出通道1018的端帽1020。在使用端帽1020的实施方式中，端帽形成的排出通道1018向后引导气流1014以通过防止其直接前方辐射而减小失真高频组件的可听性，如图10所示。

根据本公开案的换能器可提供各种优点。第一，本公开案的换能器提供比现有技术多线圈换能器低的构型的厚度或高度。如上文背景段落中论述，多线圈换能器与单线圈换能器相比的一个缺点是多线圈换能器更深且在外壳内部需要更多空间。通过倒置磁性电机组合件(即，将磁性电机放置在振膜椎体前方)，提供紧凑换能器构造。借助实例，15”圆形扬声器双线圈驱动器的深度通过并入本公开案的原理而从约8.2英寸的总高度减少到约5.5英寸。这与常规双线圈驱动器相比导致深度减小约33％。

本公开案提供的第二优点是增强的热(冷却)性能。提供此性能是因为电磁电机安装在换能器的外部上(即，振膜上方或上游)，且因此暴露于周围空气，而不是容纳在扬声器外壳内部(该处空气温度可明显较高)。另外，冷却片提供的添加的表面积可用以增强冷却性能，这主要是使发热组件(音圈)在扬声器外壳外部的功能。

此外，以钕在线圈内部建立的双线圈驱动器通常因过分加热磁体而在功率处理方面受到限制，磁体可能在超过安全操作温度的情况下消磁。此加热问题在驱动器安装在外壳中时加剧。通过将磁性电机放置在外壳外，换能器的功率处理和冷却将大大增加。借助实例，本公开案的换能器上进行的实验揭示，可实现功率处理的约50％增加。

第三，本公开案的换能器提供增加的动态稳定性，因为将磁性电机放置在振膜前方产生具有较好重心和减小的摇摆的移动组合件(即，音圈相对于磁体组合件的移动)。特定来说，倒置电机拓扑将移动组件的质心放置在两个悬浮之间，与传统双线圈换能器(例如第5,748,760号美国专利中公开的换能器)形成对比，在传统双线圈换能器中存在离悬浮点较远的音圈组成的长悬臂式质量。

虽然本公开案的特定实施方式在本文中已描述为具有圆形构造，但本领域的技术人员将了解，根据本公开案的换能器可包括椭圆形、正方形、多边形或其它适宜的构造。虽然本公开案的特定实施方式在本文中已描述为具有双线圈构造，但本领域的技术人员将了解，根据本公开案的换能器可包括其它多线圈构造。

因此可见，本公开案中提供的实施方式可用于增加电磁换能器(例如，扬声器中利用或构成扬声器的类型的换能器，或其它类型的电-声换能器)的导电线圈、磁体和相关联结构的冷却。经由热传递媒介的循环实现冷却。通过以正常方式操作换能器引起循环，且热传递媒介为通常存在于换能器中的流体(例如，空气)。虽然不需要例如风扇或吹风机等外部或额外空气移动构件，但本公开案的主题涵盖也可采用此类空气移动构件的实施方式。

在本公开案的一个实施方式中，扬声器构造的总厚度可在4到8英寸之间(深度)。这些扬声器尺寸仅借助实例给出。本领域的技术人员将认识到，以上配置可并入到各种大小和形状的扬声器系统中且不限于上文描述的尺寸，而是可基于所要应用变化。

一般来说，本文使用例如“耦合到”和“经配置以耦合到”以及“固定到”(例如，第一组件“耦合到”或“经配置以耦合到”或“固定到”第二组件)或“连通”(例如，第一组件与第二组件“连通”或“处于连通”)等术语来指示两个或两个以上组件(或元件、特征等)之间的结构、功能、机械、电、信号、光学、磁性、电磁、离子或流体关系。如此，称一个组件耦合到第二组件的事实不希望排除可在其间存在额外组件和/或额外组件操作地与第一和第二组件相关联或啮合的可能性。

尽管先前描述仅说明各个实施方式的特定实例，但本公开案不限于以上说明性实例。本领域的技术人员意识到，所附权利要求书界定的本公开案可在各种进一步实施方式和修改中应用。特定来说，所描述实施方式的各个特征的组合是可能的，只要这些特征不彼此冲突。因此，已出于说明和描述的目的呈现实施方式的以上描述。鉴于以上描述，修改和变化是可能的。

Claims (22)

1.一种电磁换能器，其包括：

音圈，其绕所述换能器的中心区安置，音圈包括具有闭合端帽的线圈架；

可移动振膜，其从所述中心区向外延伸且包括附接到所述音圈的内边缘，其中所述振膜包括凹表面；以及

至少一个磁体组合件，其定位在所述凹表面前方，所述至少一个磁体组合件界定绕所述中心区安置的至少两个磁隙，所述至少一个磁体组合件是环形的，并具有内表面，其界定绕所述换能器的中心轴安置的端口，

其中当电信号传递穿过所述音圈以产生致使所述音圈和振膜振荡的电磁磁力时，所述端帽在所述至少一个磁体组合件与所述端帽之间的空间内泵送热空气，通过端口并且与至少一个磁体组合件的内表面接触，离开到达周围空气。

2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述音圈定位在所述至少两个磁隙内，所述音圈在所述至少两个磁隙内轴向自由移动。

3.根据权利要求1所述的换能器，其还包括至少一个多脚架元件，所述至少一个多脚架元件耦合在所述音圈的下部部分与绕所述换能器的所述中心区安置的篮之间，其中所述至少一个多脚架元件定位在所述凹表面后方。

4.根据权利要求1所述的换能器，其中所述音圈包括绕线圈架缠绕以形成至少第一线圈和第二线圈的电线，所述至少第一线圈和第二线圈彼此轴向间隔，其中所述第一线圈至少部分安置在第一磁隙中且所述第二线圈至少部分安置在第二磁隙中。

5.根据权利要求4所述的换能器，其中所述第一线圈和第二线圈增加所述线圈架上的所述电线的表面积，这增加所述换能器的热耗散能力。

6.根据权利要求1所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件包括堆叠在第一极板与第二极板之间的至少第一磁体和第二磁体，所述至少一个磁体组合件安置在耦合到所述换能器的框架的间隙套管内。

7.根据权利要求6所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件与所述间隙套管之间的间隔至少部分界定所述至少两个磁隙。

8.根据权利要求1所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件包括一个或多个短路环。

9.根据权利要求6所述的换能器，其中所述间隙套管包括一个或多个短路环。

10.一种电磁换能器，其包括：

篮，其绕中心轴安置；

振膜，其包括可相对于所述中心轴往复移动的可移动振膜部分，其中所述振膜耦合到所述篮以界定所述振膜的背表面与所述篮之间的外壳；以及

至少一个磁体组合件，其安置在所述外壳外部且轴向与所述振膜间隔，所述至少一个磁体组合件具有绕所述中心轴环状安置的至少第一和第二磁隙，所述至少一个磁体组合件是环形的并具有内表面，其界定绕所述中心轴安置的端口；以及

导电线圈，其以机械方式与所述振膜连通，所述导电线圈包括彼此轴向间隔的至少第一线圈和第二线圈，其中所述第一线圈至少部分安置在所述第一磁隙中且所述第二线圈至少部分安置在所述第二磁隙中，所述导电线圈包括具有闭合端帽的线圈架，

其中当电信号传递穿过所述导电线圈以产生致使所述导电线圈和振膜振荡的电磁磁力时，所述端帽在所述至少一个磁体组合件与所述端帽之间的空间内泵送热空气，通过所述端口与至少一个磁体组合件的内表面接触，离开到达周围空气，并且所述端口为端帽和振膜的振荡产生的声能提供路径。

11.根据权利要求10所述的换能器，其中所述第一线圈和第二线圈增加所述导电线圈的表面积，这增加所述换能器的热耗散能力。

12.根据权利要求10所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件包括堆叠在第一极板与第二极板之间的至少第一磁体和第二磁体，所述至少一个磁体组合件安置在耦合到所述换能器的框架的间隙套管内。

13.根据权利要求12所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件与所述间隙套管之间的间隔至少部分界定所述至少两个磁隙。

14.根据权利要求10所述的换能器，其中所述至少一个磁体组合件包括一个或多个短路环。

15.根据权利要求12所述的换能器，其中所述间隙套管包括一个或多个短路环。

16.一种电磁换能器，其包括：

中心毂，其绕所述换能器的中心轴安置；

至少一个磁体组合件，其耦合到所述中心毂，所述至少一个磁体组合件界定绕所述中心轴环状安置的至少两个磁隙，其中至少一个磁体组合件是环形的，并具有内表面，其界定绕所述中心轴安置的端口；

音圈，其绕所述至少一个磁体组合件安置，所述音圈定位在所述至少两个磁隙内并且包括具有闭合端帽的线圈架；以及

振膜，其从所述中心毂向外延伸且包括附接到所述音圈的内边缘，其中所述振膜与绕所述中心轴安置的篮耦合，且其中所述篮与所述振膜的背表面形成外壳；

其中至少一个磁体组合件安置在所述外壳外部以实现从所述至少一个磁体组合件向周围空气进行热耗散，其中当电信号传递穿过所述音圈以产生致使所述音圈和振膜振荡的电磁磁力时，所述端帽在所述至少一个磁体组合件与所述端帽之间的空间内泵送热空气，通过端口并且与至少一个磁体组合件的内表面接触，离开到达周围空气。

17.根据权利要求16所述的换能器，其中所述篮通过至少一个支柱耦合到所述中心毂。

18.根据权利要求17所述的换能器，其中所述至少一个支柱充当用于耗散所述至少一个磁体组合件产生的热量的散热器。

19.根据权利要求16所述的换能器，其中所述中心毂包括用于对从所述端口传递的热空气进行对流冷却的一个或多个散热片。

20.根据权利要求16所述的换能器，其中所述中心毂包括用于对所述至少一个磁体组合件产生的热量进行对流冷却的一个或多个散热片。

21.根据权利要求16所述的换能器，其中所述线圈架可包括一个或多个通风口以允许所述振荡的端帽产生的声能与所述振荡的振膜产生的声能组合。

22.一种电磁换能器，其包括：

至少一个磁体组合件，其绕所述换能器的中心区安置，所述至少一个磁体组合件是环形的，并具有内表面，其界定绕所述中心区安置的端口；

音圈，其绕所述至少一个磁体组合件安置，其中所述音圈和至少一个磁体组合件界定绕所述中心区安置的至少两个磁隙，所述音圈包括具有闭合端帽的线圈架；

至少一个多脚架元件，其耦合在所述音圈的下部部分与绕所述换能器的所述中心区安置的篮之间；以及

可移动振膜，其从所述中心区向外延伸且包括附接到所述音圈的内边缘，其中所述振膜定位在所述至少一个磁体组合件与所述至少一个多脚架之间，

其中当电信号传递穿过所述音圈以产生致使所述音圈和振膜振荡的电磁磁力时，所述端帽在所述至少一个磁体组合件与所述端帽之间的空间内泵送热空气，通过端口并且与至少一个磁体组合件的内表面接触，离开到达周围空气。

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