CN106105263B - 线性动圈磁驱动系统 - Google Patents

Abstract

系统包括平坦的、薄的刚性构造的连续环形线圈，该连续环形线圈飘浮在具有最小间隙的四极永磁体组装件内部。线性线圈可以是平坦的、跑道形的或连续的环形，其可以利用单个或多个层PCB、柔性电路或其他膜工艺构造而成。线性线圈可以包括沿着绝缘导体轨迹的磁性可渗透材料的涂层。线性线圈可被夹在碳纤维织物之间并被固化以创建长的、平坦的、重量轻的、承重的T形结构。该结构飘浮在四极永磁组装件内部，该四极永磁组装件在磁体之间具有空气间隙。除了该线圈内部的裸导体轨迹，简易的二阶均衡器电子电路也集成到该PCB结构中。可以包括闭环或开环控制，以调整该磁驱动系统的共振频率处的电压幅度。

Description

线性动圈磁驱动系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月6日提交的美国临时申请序列号

61/924,042的优先权，通过引用而将其全文并入于此。

发明背景

扬声器的一般构造包括振膜(通常是在张力下附接至框架的薄膜)、电路以及产生与振膜相邻的通量场的磁源。向电路施加电流，所述电路与磁体相互作用，并且导致振膜的振动，这产生了来自电动扬声器的声音。

扬声器设计、制造和材料中的若干困难已经呈现了要克服的挑战。振膜材料和构造需要达到最优的或期望的共振频率，并且使延伸操作期间发生的框架附接或拉伸的变化最少或减少，同时使任何声音失真、阻尼或频率损耗最少或减少以提供扩展的声音带宽。对于许多扬声器，电动扬声器中的导体(即，线圈)直接附接至薄的振膜，使得导体由具有低质量的材料构成并且通过高温和高功率(大电流)而固定地附接至振膜。继而，当电流通过磁场内的导体从而产生动力时，振膜被驱动。

先前的导体构造已通过将32AWG磁线(具有热活化或溶剂活化的薄环氧涂层的实心铜)缠绕成“跑道形”椭圆而完成。由于线缆中的预应力以及越来越减少的产量和较差的性能，对该线圈大小的限制近似为六英寸。断线是一个问题，并且在线缆预应力使得不可能实现在磁体附近以及在所需磁通量场内使用所需的平坦度之前，“跑道匝数”的数目据称是约56匝。

基本上刚性的平板振膜的换能器通过呈现对放大器的低阻抗而呈现对电流电磁驱动系统的挑战，具体而言，对线性动圈的挑战，所述放大器通过不适当地驱动换能器而降低了高保真性能。

扬声器外壳、后平板表面或多个换能器定位已被配置并且用于补偿回波的声学问题、消除“哑点”和频率阻尼，这些都导致不期望的共振或声音质量的其他损失。对多种听力环境的空间限制和配置已经向试图创建系统和已知方向性图案的扬声器和音频系统的过去的设计者们呈现了巨大挑战。这些规格继而被递送至用户，以便通过以一种避免设计中固有限制的方式定位或安装扬声器来进行补偿。特定环境的大小和空间约束使得在过去很难由传统音频系统实现期望性能。

扬声器包括支撑用于移动线圈的磁体的框架、振膜和终端，因此，面临着其自身的设计难点。其必须与振膜结合，具有足够的刚性以保持均匀的张力。过去的铁框架具有能够携带磁能或磁通量的优点。另一备选方式是使用具有加载了弹簧的插入物的塑料框架以实现对嵌入磁体的顶部与薄膜导体之间的分隔距离的非常精确的控制。塑料框架克服了增加重量的困难，并且能够补偿具有较高厚度变化的磁体块，从而节约磁体规格的成本。塑料框架还有助于通过使驱动器与磁体之间的平均分隔距离最小化来解决设计能力。

历史上，扬声器技术依赖于单个磁体、双极驱动系统，其导致了非线性的通量场并且限制了扬声器的动态响应。由于极片的质量、大小和配置再次引起了动圈的非线性活塞运动，所以这种非对称操作还具有单环磁体(适于驱动传统的锥形扬声器振膜)和双极电磁驱动单元。

需要改进的、具有高性能线性动圈磁驱动系统的扬声器。

发明内容

本文提供了涉及扬声器领域，更具体而言，涉及对扬声器和相关制造方法的改进的系统和方法。该领域中的其他相关应用，例如，振动台和材料输送带将会受益于这些系统和方法，所述系统和方法满足了机电系统中超轻的重量、有限的操作空间、较高的力密度、高频率操作、需要具有受控反馈的精确而短程的线性运动的要求。

扬声器可以是包括高性能线性动圈和固定磁驱动设计的平面扬声器，高性能线性动圈和固定磁驱动设计可以解决传统扬声器的一个或多个问题，同时促进了刚性平板振膜和电磁驱动技术领域的新进展。导体可以从振膜移除并且悬挂在磁条之间，磁条可以支持新的材料和制造方法以创建实现声学性能的新水准的平面扬声器。驱动器可以悬挂在具有如本文所公开的最小的或减小的间隔的磁体之间。

可以根据用户的意愿以多种设置和方式来使用包括本文描述的一个或多个特征的扬声器。在一个实施方式中，所述扬声器可以安装在客厅墙壁上，安装在其“平板相框”中，安装在平板电视机的任一侧上。音频性能不需要注意方向性或专用的“箱体”外壳或安装。

本文描述的高性能线性动圈磁驱动系统可以包括四极磁性组装件、碳纤维封装的线性动圈、振膜、框架和材料，其制造与使用方法。

可以提供用于选择永磁体组成和大小规格的方法，以提供用于驱动线性动圈的足够磁通量。磁体(例如，图1A，第2项)可以置于框架(例如，图1A、图1B、图2A、图2B，第1项)中，框架可以是金属、塑料、木材或其他材料，以将强磁体固定并保持在适当的位置，并且使各行磁体之间的间距最小(例如，图2A，第3项)。优选实施方式可以包括含铁金属的框架，该框架可以增强磁体定位、固定和所产生的通量场。在四极布置(例如，图2B，第2项，示出磁体的北极化和南极化)中，可以存在四行磁体，两行位于中央框架条的一侧，两行位于中央框架条的相对侧(例如，图2B，第2项)。磁体还可以通过黏合剂、法兰、金属合金焊料或其他技术而保持在适当的位置。

磁体可以包括固定至第一行中的框架的一个或多个第一磁体以及固定至第二行中的框架的一个或多个第二磁体。第一行和第二行中的每一行可以是多个首尾相连或纵向相连或者位于多行中的磁体。磁体可以置于第一行中，其极性与置于第二行中的磁体的极性相反。磁体中的每一个可以包括与框架的内表面共面的第一表面以及朝向框架的外表面延伸至框架中的磁体的第二表面。

高性能线性动圈(例如，图3A、图3B、图4A、图4B)可以安装至振膜(图5B)以实现距磁体的确定距离。各行磁体可以在其之间产生一个或多个磁场，磁场由通过附接至振膜的导体线圈的电信号产生。动圈可以是由诸如FR4、柔性电路膜材料、Mylar或其他柔性或半刚性材料等印刷电路板(PCB)材料上的金属轨迹构造而成的跑道形线圈，并且可以包括电子设备或组件或者其他电气连接。在一个实施方式中，目标电阻值标称为8ohm。用以调整任何频率上的电压的均衡器电路可被包括在另一实施方式中。在另一实施方式中，金属和/或铁磁的细磨微粒可适用于增强四极磁场内的磁相互作用。利用浸渍材料增强和最终的组装件固化步骤，线性动圈可被包围在两个单向碳纤维织物片(两个L形)以汇集成T形(例如，图4A、图4B)。一个实施方式可以将线性线圈置于各行磁体之间，其中线圈根据电流和磁通量而振动和飘浮。在施加内力或外力之后，线圈可以返回至其最初的中央中位位置。移动可以稳定在低频激励(快速低音)下。其他实施方式可以优化扬声器的动力学，以针对诸如汽车内部或航空器扬声器等具体目标而获得小尺寸、大商业用途或小空间声动力学。

振膜(例如，图5A、图5B)可以包括薄膜、厚膜、诸如Kevlar纤维织物、单向碳纤维织物等人造材料、诸如软木或Corecork、Dyvincell或Rohacell泡沫等天然材料或者分层材料的组合(例如，图5A，第11项、第12项)。膜可以是响应于由磁体产生的磁场与利用电信号而产生的磁场之间的相互作用创造的动圈力而可移动的。所产生的膜的移动可以产生声音。振膜可以由具有位于近似中心(例如，图6A，第16项)处的封装PCB类线圈的框架(例如，图6A)包围，线圈附接至具有橡胶泡沫材料(例如图6A，第17项)的复合声板子组装件(例如，图6A，第15项)，橡胶泡沫材料提供对动圈的颗粒保护和磁体间距、以及共振稳定和对框架的附接。

动圈(例如，图5，第16项)可以附接至振膜(图5，第15项)，并且通过可由木材或其他材料构造而成的框架零件(例如，图7A，第21项)而非常精确地定向以悬挂在磁体子组装件(例如，图2A、图2B)之间。在框架嵌入区域(例如，图7B，第19项)的每个角落中存在两个圆形磁体，框架陷入区域可以位于与承载磁体的金属条的附接相对的一侧上(例如，图1A)。这些较小的角落磁体可以用于附接专用的、可移除的、可定制的艺术丝织物覆盖物(例如，图8B，第22项)的目的，覆盖物背向可在其上安装扬声器的墙壁或其他表面。

根据以下详细描述，本公开内容的附加方面和优点将变得对本领域技术人员显而易见，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式。如将实现，本发明能够有其他实施方式和不同实施方式，并且能够在不偏离本公开内容的情况下在各个显而易见的方面修改其若干细节。因此，附图和描述被认为在本质上为示意性的，而非限制性的。

援引并入

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入于此，程度犹如具体地和个别地指出要通过引用而并入每一单个出版物、专利或专利申请。

附图说明

本发明的新特征特别地在所附权利要求中进行阐述。通过参考阐述了使用本发明的原理的示意性实施方式的以下详细描述以及附图而将获得对本发明的特征和优点的更好理解：

图1A示出了根据本发明的实施方式的磁极直列式组装件的正视图的示例。

图1B示出了图1A中示出的磁极直列式组装件的截面图。

图2A示出了放置在一起并且由至少一个垫片分隔开的磁极直列式组装件的视图。

图2B示出了图2A中示出的磁极直列式组装件的截面图。

图3A示出了根据本发明的实施方式，包括印刷电路板上的导体轨迹的线圈布局。

图3B示出了图3A中示出的导体轨迹和印刷电路板的截面图。

图4A示出了根据本发明的实施方式的动圈模块。

图4B示出了图4A中示出的动圈模块的截面图。

图5A示出了根据本发明的实施方式的振膜。

图5B示出了附接到动圈模块的振膜。

图6A示出了根据本发明的实施方式的复合声板组装件。

图6B示出了复合声板组装件的截面图。

图7A示出了根据本发明的实施方式的支撑框架的侧视图。

图7B示出了根据本发明的实施方式的支撑框架的俯视图。

图7C示出了支撑框架的截面内部视图。

图7D示出了支撑框架的截面内部视图的特写。

图8A示出了根据本发明的实施方式的扬声器的外部俯视图。

图8B示出了扬声器的侧视图。

图8C示出了具有防尘罩的扬声器的正斜视图。

图8D示出了扬声器的内部正斜视图以及防尘罩的正斜视图。

具体实施方式

本发明提供了根据本发明的各方面的用于控制扬声器中的振膜的移动的系统和方法。本文所描述的本发明的各个方面可以适用于下文阐述的任何特定应用或任何其他类型的音频系统。本发明可以作为独立的系统或方法，或者集成的扬声器系统的一部分而应用。应当理解，本发明的不同方面可以个别地、共同地或相互组合地理解。

扬声器可以包括可以在张力下附接至框架的振膜。振膜的振动产生来自扬声器的声音。动圈模块可以从振膜悬挂而下并且置于磁体组装件的多个部分之间。磁体组装件可以创建磁场，该磁场有助于在电流通过动圈模块的导体轨迹时控制动圈模块的移动，因此实现振膜的振动。

图1A示出了根据本发明的实施方式的磁体组装件的一部分的正视图。磁体组装件可以包括磁体支撑框架1以及具有永磁体2的两极磁极直列式组装件(in-line assembly)。

磁体支撑框架1可以是T形条，其可由以下材料形成：钢、任何含铁金属或金属合金、任何其他金属或金属合金、塑料、木材、或者任何其他材料或天然的或人造的材料或复合物的组合，包括本文其他各处所述的那些材料。T形条可以包括两个基本上平面的部分，所述部分可以彼此正交。正交部分平面部分中的一个可以连接至其他平面部分的中心平面区域，由此形成T形截面。磁体支撑框架可以由单个的整体件或者可以彼此连接的多个件形成。

一个或多个磁体2可以安置于磁体支撑框架1上。磁体可以由钕或其他高次高斯永磁体(high gauss permanent magnets)(例如，其他稀土元素的磁体或创造强大的磁通量的电气增强的磁体)组成。磁体可以可选地形成为条。

在一些实施方式中，一行、两行或多行磁体2可以安置在磁体支撑框架上。例如，可以在磁体支撑框架上提供两行磁体。这些行可以基本上彼此平行。在一些实施方式中，第一行可以包括一个或多个磁体，其中每个磁体具有在其暴露的表面上被指定为北N的磁性极化，并且第二行可以包括一个或多个磁体，其中每个磁体具有在其暴露的表面上被指定为南S的磁性极化。本文对磁体的极性或磁性极化的任何描述可以是指磁体的暴露表面(即，与接触磁体支撑框架的磁体的一侧相对的磁体表面)。例如，对具有被指定为北N的极性或磁性极化的磁体的引用可以意味着暴露表面的极性或磁性极化为N，而对具有被指定为南S的极性或磁性极化的磁体的引用可以意味着暴露表面的极性或磁性极化为S。

同一行内的每个磁体可以具有相同的磁性极化(例如，其与接触磁体支撑框架的表面相对的暴露表面可以具有相同的极性)。每行磁体可以具有与其相邻行不同的磁性极化。在一些实施方式中，每行可以包括单个纵向延伸的磁体。在其他实施方式中，每行可以包括多个纵向彼此连接的磁体。行内的多个磁体可以各自彼此直接接触。或者，可以在磁体之间提供空间。可以在一行中提供任意数目的磁体。例如，可以在一行中提供一个、二个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个、十五个或更多个磁体。

图1B是图1A中具有被指定为北N和南S的磁性极化的磁体组装件的一部分的截面图。磁体组装件可以包括诸如T形条的磁体支撑框架1以及由该磁体支撑框架支撑的一个或多个磁体2。磁体可以在T形条上形成多个行。在一些情况下，可以在T形条的一平面表面上提供第一行，并在T形条的同一平面表面上提供第二行。平面表面可以是或者不是完全平坦的。在实施方式中，可以提供一个或多个凹槽或凸起。例如，可以在磁体行之间提供凹槽。T形条的正交平面部分可以附接至T形条的一部分相对于接触磁体行的一侧的相对侧。正交平面部分可以位于磁体行之间。

磁体行可以具有不同的磁极性。例如，第一行磁体可以具有被指定为北N的极化，而第二行磁体可以具有被指定为南S的极化。

可以使用任何已知技术将磁体2附接至磁体支撑框架1，已知技术诸如黏合剂、法兰、锁定机构、机械连接器、焊料(例如，金属合金焊料)或任何其他技术。磁体可以永久地固定至磁体支撑框架。

图2A是磁体组装件的截面侧视图。磁体组装件可以包括放置在一起并且由一个或多个非铁磁垫片或非铁磁螺钉以及螺母3分隔开的两个磁极直列式组装件。每个磁极直列式组装件可以包括磁体支撑框架1以及固定至其的一个或多个磁体2。每个磁极直列式组装件可以可选地是两极磁极直列式组装件，其具有两行不同极性的磁体。

磁体组装件可以包括任何数目的磁极直列式组装件，其可以包括一个T形条磁体支撑框架1以及一个或多个磁体2。例如，可以提供一个、两个、三个、四个或更多个磁极直列式组装件。在一些情况下，磁体组装件可以包括面向彼此的两个磁极直列式组装件，使得具有磁体的两侧最接近于彼此。例如，支撑磁体的磁体支撑框架的表面可以面向支撑磁体的其他磁体支撑框架的表面。磁体可以对齐，以使得第一磁极直列式组装件中的行与第二磁极直列式组装件中的行相对。该布置可以包括一个或多个对称的平面。例如，对于与接触磁体的磁体支撑框架的一部分(例如，“T”的底部)正交的磁极直列式组装件中的每一个，对称的第一平面可以穿过磁体支撑框架的一部分。可以在磁体之间(例如，在“T”的顶部之间)提供对称的第二平面。

可以在磁极直列式组装件之间提供一个或多个垫片3。一个或多个垫片可以由非铁磁材料形成。例如，垫片可以由以下材料形成：铝、非铁磁金属、非铁磁螺钉和螺母、木材、塑料或不具有磁性的其他材料，所述材料满足强度、重量、共振、成本、美学或其他标准的规格。垫片可以固定磁体行相对于彼此的位置。垫片可以固定由不同磁体支撑框架支撑的磁体行相对于彼此的位置。垫片可以固定磁体支撑框架相对于彼此的位置。垫片可以使磁体保持预定的分离距离。垫片可以允许在磁体行之间形成空气间隙。空气间隙可以在磁体组装件的使用期间保持相同尺寸。

这些垫片可以提供用于分离两个磁体T形条组装件所需的高水平的精确度，以便提高磁力线密度/使磁力线密度聚集到空气间隙，空气间隙将接收图3和图4中描述的悬挂动圈。这种配置形成了磁体组装件中部的四极磁场空气间隙。

图2B是图2A的磁体组装件的截面图。磁体组装件可以包括一对磁极直列式组装件。每个磁极直列式组装件可以具有T形条磁体支撑框架1以及由每个T形条磁体支撑框架支撑的一行或多行磁体2。优选地，可以在每个T形条磁体支撑框架上支撑两行磁体。磁极直列式组装件可被定向成使得具有磁体的部分面向彼此。可以在磁极直列式组装件之间提供一个或多个垫片3。

T形条磁性支撑框架上的每行磁体可以具有不同于与其相邻的一行磁体的极性。例如，第一行磁体可以具有北N取向(例如，其暴露表面上的磁性极化为N)，而在同一支撑框架上支撑的第二行磁体可以具有南S取向(例如，其暴露表面上的磁性极化为S)。T形条磁性支撑框架上的每行磁体可以具有与在不同T形条磁性支撑框架上直接与其相对的一行磁体不同的极性。例如，第一磁性支撑框架上的第一行磁体可以具有北N取向，而与第一磁性支撑框架上的第一行磁体直接相对的第二磁性支撑框架上的第一行磁体可以具有南S取向。第一磁性支撑框架上的第二行磁体可以具有南S取向，而与第一磁性支撑框架上的第二行磁体直接相对的第二磁性支撑框架上的第二行磁体可以具有北N取向。这可以形成四极磁场。

可以在磁极直列式组装件之间提供一个或多个非铁磁垫片3。可以在磁体支撑框架1之间提供垫片。垫片可以接触磁体支撑框架的表面。垫片可以接触面向彼此的磁体支撑框架对的表面。在一些实施方式中，可以在第一侧上的一对支撑框架之间提供第一垫片，并且可以在第二侧上的一对支撑框架之间提供第二垫片。第一侧和第二侧可以在多行磁体的相对侧上。可以在磁极直列式组装件对之间提供空气间隙。可以在由不同磁体支撑框架支撑的多行磁体之间提供空气间隙。可选地，可以在由相同磁体支撑框架支撑的多行磁体之间提供空气间隙。

在一些情况下，由不同磁体支撑框架(例如，属于不同的磁极直列式组装件)支撑的磁体的暴露表面可以基本上彼此平行。暴露表面可以非常紧密的靠在一起。例如，暴露的磁体表面之间的间隙可以小于或等于约70mm、60mm、50mm、40mm、30mm、20mm、10mm、8mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm或0.5mm。

图3A示出了动圈组装件的一部分。动圈组装件可以是印刷电路板(PCB)衬底4以及形成于其上的导体轨迹5。

PCB衬底4可以包括高温衬底材料，高温衬底材料可以在烘烤期间经受高达130摄氏度2.5小时，例如FR-4。PCB衬底可以由FR-4、低密度陶瓷、柔性电路膜材料、Mylar或者可以包括电子设备或组件或其他电气连接的其他柔性或半刚性材料形成。在一些实施方式中，可以使用备选衬底。本文对“PCB”衬底的任何引用还可以适用于任何其他衬底(即所述衬底需要是PCB)，诸如其他刚性较小和/或非常规的材料。在一些实施方式中，对“PCB”衬底的任何引用可以适用于可以在其上提供(例如，淀积、印刷、刻蚀)导体轨迹的刚性、半刚性或柔性材料的任何衬底。衬底可以由电绝缘材料形成。可选地，PCB衬底可以在烘烤过程期间经受高达100摄氏度、125摄氏度、150摄氏度、175摄氏度或200摄氏度。如本文进一步详述地，烘烤过程可以发生在动圈组装件的这一部分的制造过程期间，以在封装的碳纤维织物部分中实现期望的机械性能。在一些实施方式中，PCB可以由层压板、覆铜层压板、浸渍树脂的B级布或铜箔形成。

导体轨迹5可以在PCB衬底4上形成。导体轨迹可以具有跑道形状的线圈布局。导体轨迹可以形成为金属化的轨迹线，所述轨迹线可以是在PCB衬底顶部上的单个或多个层中出现的铜、银、铝、或者其他金属或复合物。导体轨迹可以是铜、银或铝轨迹。或者，导体轨迹可以是另一种金属、金属合金或可选地具有高导电性(例如，高于或等于铜的导电性)的复合材料。导体轨迹可以具有介于1米与100米之间的长度。例如，导体轨迹可以大于或等于约8米、10米、12米、15米、20米或25米长。导体轨迹可以是2至16ohm，其具有介于1至1000匝、10至500匝或者20至100匝之间的匝数数目。例如，匝数数目可以大于或等于约5、10、15、20、25、30、32、35、37、40、45、50、55、60、70或80匝。可选地，导体轨迹可以少于40、45、50、55、60、70、80、100、200、300或500匝。在PCB衬底上提供导体轨迹允许导体轨迹的长度较长，而机械应力很小或最小。

导体轨迹可以由PCB上的材料刻蚀或者淀积在PCB上，以在PCB板上形成期望的图案，从而提供很大程度的灵活性。或者，导体轨迹可以嵌入或者部分嵌入到PCB衬底中。在一些实施方式中，导体轨迹可以具有恒定的线截面积。备选地，导体轨迹可以具有可变的线截面积以控制电流密度，其可以优化或改进反应物磁场。导体轨迹可以是平坦的，并被精确地加工成期望的/正确的形状。高容差和高精度可能导致小的磁隙，其可以提供高效率。此外，这可以很容易进行自动化大量生产。还可以包括32AWG铜制的、银涂覆的、PVDF绝缘的电气连接线(未示出)。

长度、宽度和厚度以及精确尺寸控制可以用于控制扬声器的总阻抗。这些尺寸可以被设计用于同时控制磁场密度以匹配永磁空气间隙。形成动圈组装件的一部分的方法可以包括选择期望的总阻抗或期望的磁场特征。响应于期望的总阻抗或期望的磁场特征，可以选择PCB衬底一个或多个尺寸。此外，可以选择PCB衬底上的导体轨迹的一个或多个尺寸或布置。可以响应于所述选择而在PCB衬底上形成导体轨迹。例如，可以响应于所述选择而将导体轨迹印刷或刻蚀至PCB衬底中。在一个实施方式中，可以向导体轨迹添加导电材料涂层以减少轨迹的阻抗，从而在较高的声音频率处获得改进的性能。本文描述的任何选择可以借助一个或多个处理器来进行。例如，一个或多个处理器可以基于扬声器的期望磁场和/或声学特性而单独地或共同地进行如本文所述的计算。

图3B是PCB衬底4和导体轨迹5的截面图。在一些实施方式中，导体轨迹可以是在PCB衬底上提供的铜轨迹。导体轨迹可以形成跑道形状的线圈。可以在线圈的每个部分之间提供空间，使得导体轨迹形成不与自身交叉的单线。在一些情况下，提供单个层的导体轨迹以形成线圈。在一些情况下，提供至少单个层的导体轨迹。或者，可以提供多个层的导体轨迹。线圈的一部分无需接触该线圈的任何其他部分。在一些情况下，可以在线圈的每个缠绕之间均匀地提供间距。在一些情况下，间隔的宽度可以大于或等于导体轨迹的宽度。或者，间隔的宽度可以小于或等于导体轨迹的宽度。PCB衬底可以由单个连续固体件形成。或者，可以在PCB衬底上提供一个或多个孔。在一些实施方式中，PCB衬底可以具有位于导体轨迹的跑道形线圈的中心的孔。在一些实施方式中，可以通过标准PCB工艺提供绝缘，该工艺可以消除或减少电气短路的问题。

图4A示出了根据本发明的实施方式的动圈模块。图4B示出了动圈模块的截面图。如前文描述，动圈模块可以包括具有导体轨迹5的PCB 4。动圈模块还可以包括形成刚性支撑结构的覆盖物，所述刚性支撑结构可以利用导体轨迹来包围PCB。

覆盖物可以可选地形成用于附接至振膜(例如，扬声器的振膜)的T形表面7。覆盖物可以通过将其夹在覆盖物的多层之间来包围PCB 4和导体轨迹5。覆盖物可以在PCB和轨迹上折叠，或者可以连接在PCB和导体轨迹的边界周围。例如，可以将两个L形放在一起以形成T形。覆盖物可以聚集在一起，并继而分离成正交的部分以形成T形(例如，分离部分可以形成“T”的顶部)。分离部分可以接触振膜的表面。包围PCB和轨迹的其他部分(例如，“T”的底部)可以与振膜表面基本上正交。

覆盖物可以由非导电材料形成。覆盖物可以允许极小的电传导或不允许电传导。覆盖物和支撑材料可以由碳纤维织物形成。碳纤维织物可以是单向的碳纤维织物片。在一些实施方式中，线圈覆盖物和支撑材料可以是单向的、平面的、斜纹的或其他编织的碳纤维织物。

动圈模块还可以包括具有保形涂层或层8的铁磁带。铁磁带还可以由覆盖物包围。铁磁带可以接触导体轨迹5。例如，铁磁带可以夹在导体轨迹与覆盖物之间。可以选择铁磁带的尺寸(例如，长度、宽度、厚度)和/或形状以提供期望的磁性。铁磁带可以辅助调整悬浮力并且使外部磁场聚集。在一些实施方式中，铁磁带可以由钢或者具有铁磁性质的另一种金属或金属合金形成。在一些情况下，诸如铁粉末涂层等铁磁粉末涂层可以用于代替铁磁带或者附加于铁磁带。

覆盖物和/或支撑织物可以利用特殊配方有机材料进行涂覆或浸渍，所述有机材料可适应高温以形成诸如环氧树脂等刚性交联聚合物。一个实施方式可以包括具有特定朝向的两层碳纤维织物(例如，单向碳纤维织物)，所述两层碳纤维织物固定在一起以便夹住PCB组装件并且形成用于附接至振膜的T形结构的法兰。对碳纤维织物的处理、烘烤和使用可以实现优异的尺寸稳定性、强度、刚度、耐疲劳性、较高的热传递以及对PCB线圈的保护。其还可以是轻量的，并具有最大拉伸强度。

图4B是包含动圈的经固化和加强的覆盖的截面图。两个铁磁带8可以通过封装的PCB线圈结构5来聚集永久磁场线。这种布置可以在磁极直列式组装件之间的空气间隙中创造PCB线圈的磁悬浮效应。如本文进一步说明地(例如，图7C、图7D)，动圈模块可以位于磁体组装件的空气间隙内。这可以使得PCB线圈能够在诸如重低音信号等外部激励之后快速返回到空气间隙内的初始位置，以优化音质。

图5A是根据本发明的实施方式的振膜的侧视图。振膜可以由具有中芯12以及一个或多个其他层11的振膜复合物形成。可选地，振膜可以包括薄膜、厚膜、诸如Kevlar纤维织物、碳纤维织物等人造材料、诸如软木、Rohacell、Dyvincell泡沫芯等天然或合成材料或者分层材料的组合。

振膜的中芯12可以包括聚氯乙烯(PVC)泡沫芯、Rohacell、Dyvincell、Corecork或其他特定的结构材料。在一些实施方式中，中芯可形成为单个材料或单个类型的材料的单个层。或者，中芯可以包括两个或更多个层，两个或更多个层可以由相同材料或相同类型的材料形成，或者可以由不同材料或不同类型的材料形成。

中芯12可以被另一种材料覆盖、涂覆或熔融，以形成一个或多个其他层11。其他层可以包括Kevlar类纤维织物、单向碳纤维织物或其他材料，以提高各种频率响应。在一些情况下，可以在中芯的仅一侧上形成另一层。或者，可以在中芯的两侧上都提供其他层。中芯的两侧上的层可以包括相同材料，或者可以包括不同材料。

图5B是附接至动圈模块(亦称动芯模块)16的振膜15的截面。可以封装动圈模块。动圈模块的封装的部分可以与振膜基本上正交。在一些情况下，动圈模块可以通过使用黏合剂、焊料、机械连接或任何其他技术而附接至振膜。虽然单个动圈模块被描绘为附接至振膜，但是在本发明的其他实施方式中，可以可选地附接多个动圈模块。可以选择振膜上的动圈模块的数目和/或放置以提供期望的声学效果。

图6A示出了根据本发明的实施方式的复合声板组装件的俯视图。复合声板组装件可以包括安装有动圈模块16并且由边缘材料17包围的振膜15。在一些实施方式中，动圈模块可以形成可放置在振膜上的条带。在一些情况下，动圈模块可以置于振膜的中心区域。边缘材料可以包括橡胶泡沫或者其他保护和阻尼材料。

图6B示出了复合声板组装件的截面图。封装线圈的动圈模块16的一部分可以与振膜表面基本上正交。边缘材料17可以围绕振膜并且可以可选地围绕振膜的周边形成U形槽。

图7A示出了根据本发明的实施方式的支撑框架21的侧视图。支撑框架可以由任何材料或材料组合形成，材料诸如为任何种类的木材、金属、人造材料、塑料或复合物。在一些情况下，支撑框架可以由刚性材料或半刚性材料形成。支撑框架可以形成扬声器的外表面或外表面的一部分。可以选择支撑框架的尺寸以提供期望的设计。在一些情况下，扬声器可以是平面扬声器，其中扬声器的宽度和长度可以基本上超出扬声器的厚度。例如，扬声器的宽度和/或长度与该扬声器的厚度的比率可以大于或等于2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、12:1、15:1、20:1、40:1、60:1、80:1、100:1或200:1。

图7B示出了根据本发明的实施方式的支撑框架21的俯视图。支撑框架21的俯视图可以示出复合声板组装件的一个实施方式中的放置和位置，该复合声板组装件包括振膜15和包围该振膜的边缘的边缘材料17。

图7B还示出了艺术覆盖物附接点的近似位置，如每个角落中的两个圆圈所示。艺术覆盖物附接点可以包括包含圆形磁体、Velcro、黏合剂、螺钉或其他各种紧固件的嵌入式内部框架，用于永久地或暂时性地附接保护性或艺术性覆盖物，出于声传输特性和光传输特性，所述覆盖物可以由丝织物材料制成(例如，图8C、图8D)。保护性或艺术性覆盖物可以安装在与附接有平板壁挂式扬声器中的磁体组装件(例如，图1A)的一侧相对的、复合声板组装件的一侧上。在框架的嵌入区域中的这些角落附接可以用于附接专用的、可移除的、可定制的覆盖物，所述覆盖物可以包括与扬声器在声学上相匹配的艺术丝织物并背向墙壁(或其他表面)，在一个实施方式中，扬声器可以安装在墙壁上。

图7C示出了支撑框架21的截面内部视图。还提供了包括振膜15、动圈模块16和边缘材料17的复合声板组装件的相对定向和放置。另外，还提供了可以包括磁体支撑框架1的磁体组装件的相对放置。

支撑框架21可以接触边缘材料17的边缘。边缘材料可以由泡沫橡胶边形成。可选地，支架可以接触边缘材料的U形槽截面的一侧。振膜15可以接触边缘材料的U形槽截面的另一侧。支撑框架可以包围边缘材料的外边缘，而边缘材料可以包围振膜，振膜可以接触边缘材料的内边缘。振膜可以伸出并且由边缘材料和支撑框架支撑。振膜可以以张力保持。

动圈模块16可以附接至振膜15。可选地，一个、两个或更多个动圈模块可以附接至振膜。每个动圈可以包括在其上具有导体轨迹的封装PCB衬底。导体轨迹可以在PCB衬底上形成线圈。动圈模块可以从振膜的表面延伸(例如，未平坦地抵靠着振膜的表面)。动圈模块可以相对于振膜的表面成任何角度。动圈模块可以相对于所述振膜基本上正交地悬挂。可选地，动圈模块相对于振膜不平行。动圈模块可以悬挂在磁体组装件内。磁体组装件可以包括一对磁极直列式组装件，其各自包括磁体支撑框架1以及一个或多个磁体。磁体支撑框架可以形成为钢制T形条。可以在T形条之间提供空气间隙。动圈模块可以悬挂在空气间隙内。

图7D示出了支撑框架21的截面内部视图的特写。如前文描述，支撑框架可以支撑边缘材料17，边缘材料17可以转而支撑伸出的振膜15。当振膜振动时，边缘材料可以具有阻尼作用。支撑框架和边缘材料可以帮助使振膜保持在期望的张力下。

动圈模块16可以附接至振膜15并且用于驱动振膜的振动，振膜生成由扬声器提供的声音。动圈模块可以悬挂在磁体组装件内。磁体组装件可以可选地具有相对于支撑框架21的固定位置。磁体组装件可以包括一对磁极直列式组装件，其可以各自包括磁体支撑框架1，磁体支撑框架1可以使一个或多个磁体2保持于其上。在一些实施方式中，磁体支撑框架可以是T形条，每个T形条支撑磁体的两个或更多个纵行。磁体可以是永磁体，其可以是强烈的、永久的、矩形的，并且可以具有钕成分。可以创建四极磁体组装件。可以提供一个或多个垫片以将磁极直列式组装件相对于彼此进行定位。可以在磁极直列式组装件之间提供空气间隙。因此，可以在由不同的支撑框架支撑的多行磁体之间提供空气间隙。

动圈模块16可以定位在不同的支撑框架16之间的空气间隙内。动圈模块可以包括具有导体轨迹的PCB衬底。可以在PCB衬底上提供导体轨迹作为线圈。线圈可以具有跑道形状并且可以包括多个绕组。导体轨迹可以定位在由磁体支撑框架1支撑的多行磁体2之间。磁场可以由磁体支撑组装件中的磁体生成。动圈模块可以自然地悬浮在磁体支撑组装件中的磁体之间。可以控制导体轨迹的电流的流动，这可以使导体轨迹相对于磁体移动。PCB上的导体轨迹的移动可以导致动圈模块移动，这可以转而导致振膜上的振动。可选地，一个或多个铁磁带可以定位在导体轨迹上，其可以协助控制或调整磁场。铁磁带可以使用非导电材料与PCB衬底和线圈封装在一起，以形成动圈模块。铁磁带还可以定位在由不同的磁体支撑框架支撑的多行磁体之间。

图8A示出了根据本发明的实施方式的扬声器的外部俯视图。该扬声器可以具有由聚乙烯(PE)橡胶或围绕振膜边缘17的其他橡胶泡沫包围的振膜15、支撑框架21以及(从该顶视图示出)围绕支撑框架的中空的或空的中心区域的嵌入式凸起22，在中心区域中，存在用于放置具有永久固定或暂时固定的防尘罩(其可以可选地为艺术图像罩)的附接区域。

图8B示出了扬声器的侧视图。该侧视图可以包括支撑框架21和中空的中心区域22。

图8C示出了具有防尘罩的扬声器的正斜视图。该扬声器可以具有支撑框架21，支撑框架21具有防尘罩23。防尘罩可以可选地由艺术印刷丝织物形成。可以在防尘罩上提供任何设计或图像。或者，不需要在防尘罩上印刷任何设计或图像。防尘罩可以固定至较小的张力调整框架，该张力调整框架精确地配合在支撑框架21中的嵌入区域内，以用于永久的、暂时的或可移除的附接。在一个实施方式中，扬声器可以是平板扬声器，该平板扬声器可以安装在墙壁或基本上类似于相框中的艺术品的区域上。防尘罩可在其上具有艺术图像，该艺术图像可以允许扬声器用作艺术品和扬声器。在一些情况下，可以在视觉上隐藏扬声器功能性，使得扬声器的观看者可能不会意识到扬声器不仅是视觉绘画、装饰品或艺术品。

图8D示出了具有防尘罩的扬声器的分解正斜视图。扬声器可以具有支撑框架21、防尘罩(例如，数字印刷的丝织物艺术覆盖物)23、以及复合声板子组装件，所述复合声板子组装件可以包括振膜15。

用于电磁线圈驱动器系统的磁体组装件(例如，如图1A、图1B、图2A、图2B中示出)可以包括磁体支撑框架(例如，长的软钢T形条)1以及布置成两行的多个矩形高次高斯永磁体2。磁体2中的第一行可以定向为北极面朝上。磁体2中的第二行可以定向为南极面朝上。所有磁体2可以可选地通过使用高强度环氧树脂而附接(例如，胶合)到钢制T形条1，以固定其位置(例如，图1B、图2B)。

图2A和图2B中图示了截面四极磁性组装件。两个钢制T形条1与其预安装的磁体2组装在一起，并由两个末端垫片3分隔开。磁体组装件可以提供磁场，该磁场可以辅助驱动振膜15的移动。动圈模块可以与由磁体组装件提供的磁场相互作用，并且可以相对于磁体组装件而移动，因此实现振膜的振动。

一个或多个动圈模块可以在与面向防尘罩的振膜的一侧相对的振膜的一侧上附接至该振膜。振膜可被定以向成基本上平行于防尘罩。当扬声器安装到表面上时，可以在远离该表面的暴露侧上提供防尘罩。可以在防尘罩与表面之间提供振膜。可以在振膜与表面之间提供动圈模块和磁体组装件。表面可以可选地是墙壁、天花板、地板、家具或其他结构的表面或任何其他表面。

在一些实施方式中，可以为扬声器提供单个振膜。或者，可以在单个扬声器内提供多个振膜。每个振膜可以可选地具有一个或多个各自的动圈模块和磁体组装件。在一些情况下，不同的振膜可以用于提供不同范围的声音(例如，低音调的声音对高音调的声音)。

根据前文应当理解，虽然已说明和描述了特定的实现，但是，可以对其作出许多修改并在本文中设想许多修改。本发明也不旨在受到说明书中提供的具体示例的限制。虽然已经参考上述说明书而描述了本发明，但这并不意味着对本文中的优选实施方式的描述和说明被解释为限制性的。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的、取决于多种条件和变量的具体描述、配置或相对比例。对本发明的实施方式在形式和细节上的各种修改对本领域技术人员将是易见的。因此可以预期的是，本发明也应涵盖任何这样的修改、变型和等同物。

Claims (23)

1.一种扬声器，包括：

振膜，其被配置用于振动以产生声音；

磁体组装件，其包括多个磁体以及所述磁体之间的空气间隙；以及

动圈模块，其包括电绝缘衬底，该电绝缘衬底利用在其上的导电材料而构图，并且该导电材料形成线圈形状的导体轨迹；其中所述衬底和所述导体轨迹位于所述磁体之间的所述空气间隙中，而所述动圈模块附接至所述振膜，并且所述衬底从所述振膜的表面延伸，

其中所述动圈模块还包括接触所述导体轨迹的两个或更多个铁磁带，并且其中所述两个或更多个铁磁带、所述导体轨迹和所述电绝缘衬底被非导电覆盖物封装，所述非导电覆盖物提供所述动圈模块到所述振膜的附接。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述两个或更多个铁磁带在与所述衬底相对的侧上接触所述导体轨迹。

3.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述磁体组装件包括多个T形磁体支撑框架，并且所述多个磁体由所述磁体支撑框架支撑。

4.根据权利要求3所述的扬声器，其中所述磁体组装件包括一对T形磁体支撑框架，并且每个T形磁体支撑框架支撑至少两个纵行的磁体。

5.根据权利要求4所述的扬声器，其中所述一对T形磁体支撑框架中的每一个包括第一平面部分和与所述第一平面部分基本正交的第二平面部分，其中所述至少两个纵行的磁体附接至所述第一平面部分的一表面，该表面与所述第一平面部分接触所述第二平面部分的那个表面相对。

6.根据权利要求4所述的扬声器，其中所述至少两个纵行中的第一行磁体中的磁体具有与所述至少两个纵行中的第二行磁体中的磁体的极性相反的极性。

7.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述衬底是印刷电路板PCB衬底。

8.根据权利要求7所述的扬声器，其中所述PCB板由柔性或半刚性材料形成。

9.根据权利要求7所述的扬声器，其中所述导体轨迹是刻蚀或印刷在所述PCB衬底上，或者是嵌入或部分嵌入到所述PCB衬底中。

10.根据权利要求7所述的扬声器，其中所述动圈模块还包括非导电覆盖物，该非导电覆盖物封装所述PCB衬底和所述导体轨迹并且提供对所述振膜的附接。

11.根据权利要求10所述的扬声器，其中所述动圈模块还包括一个或多个铁磁带，该一个或多个铁磁带与所述导体轨迹接触并且也被所述非导电覆盖物封装。

12.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述导体轨迹由金属化轨迹线形成，所述金属化轨迹线形成跑道形状的线圈布局。

13.根据权利要求12所述的扬声器，其中所述导体轨迹具有1至1000的匝数。

14.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述导体轨迹具有沿所述导体轨迹的长度的可变截面积。

15.根据权利要求1所述的扬声器，其中将导电材料涂层添加至所述导体轨迹，从而降低所述导体轨迹的阻抗。

16.根据权利要求1所述的扬声器，其中提供至少单个层的导体轨迹以形成所述线圈，并且其中所述导体轨迹不与自身相交。

17.一种形成用于扬声器的动圈模块的方法，所述扬声器具有：被配置用于振动以产生声音的振膜；包括多个磁体以及所述磁体之间的空气间隙的磁体组装件；以及位于所述空气间隙中并且附接至所述振膜的动圈模块，所述方法包括：

选择包括所述磁体的磁场的期望特征；

提供电绝缘衬底，该电绝缘衬底的尺寸是基于所选择的所述磁场的期望特征而设计的；

基于所选择的所述磁场的期望特征而选择导电材料的尺寸和布置，该导电材料形成线圈形状的导体轨迹；

根据所选择的尺寸和布置，利用其上的导体轨迹而对所述电绝缘衬底进行构图；以及

提供接触所述导体轨迹的两个或更多个铁磁带，其中所述两个或更多个铁磁带、所述导体轨迹和所述电绝缘衬底被非导电覆盖物封装。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电绝缘衬底是印刷电路板PCB衬底，并且所述方法还包括将所述导体轨迹刻蚀、印刷、嵌入或部分嵌入于所述PCB衬底上。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述PCB衬底和所述导体轨迹封装在非导电覆盖物中；并且以最小100摄氏度的温度来烘烤所述PCB衬底、导体轨迹和非导电覆盖物。

20.根据权利要求17所述的方法，其中对所述导体轨迹进行构图以形成跑道形线圈，所述跑道形线圈形成单个层且不与其自身相交。

21.根据权利要求20所述的方法，其中对所述导体轨迹进行构图以提供所述线圈的每个缠绕之间的所选择的间距。

22.一种扬声器，其包括：

振膜，其被配置用于振动以产生声音；

磁体组装件，其包括多个磁体以及所述磁体之间的空气间隙；

动圈模块，其包括电绝缘衬底，该电绝缘衬底利用形成线圈的导电材料而构图，其中所述动圈模块位于所述磁体之间的所述空气间隙中并且附接至所述振膜，并且所述衬底从所述振膜的表面延伸，其中所述动圈模块还包括接触所述导电材料的两个或更多个铁磁带，并且其中所述两个或更多个铁磁带、所述导电材料和所述电绝缘衬底被非导电覆盖物封装，所述非导电覆盖物提供所述动圈模块到所述振膜的附接；以及

支撑框架，其被配置用于支撑所述振膜以及覆盖物，该覆盖物具有印刷在其上的图片设计。

23.根据权利要求22所述的扬声器，其中所述覆盖物由艺术性印刷丝织物形成，所述丝织物具有印刷在其上的所述图片设计。