CN108513237B - 一种具有热电转换装置的扬声器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有热电转换装置的扬声器系统，包括盆架和容纳于盆架中的振动系统和磁路系统，振动系统包括振膜和音圈；磁路系统包括T铁、磁铁和华司，华司及磁铁与T铁之间构成磁间隙，音圈在磁间隙中上下运动；该扬声器系统还包括与扬声器连接的热电转换装置，其包括温差发电模块、升压电路模块和负载管理模块；温差发电模块固定连接于T铁的背面，用于温差发电；升压电路模块对温差发电模块输出的直流电进行升压和稳压；负载管理模块对升压后的新电进行电量分配和负载管理。该扬声器系统将发电所得的新电提供给蓄电池、LED灯或其他用电元件使用，这样既能将降低扬声器磁路系统的温度，又能实现能量的循环利用。

Description

一种具有热电转换装置的扬声器系统

技术领域

本发明涉及扬声器制造的技术领域，尤其是涉及一种具有热电转换装置的扬声器系统。

背景技术

动圈式扬声器是全世界应用最广泛的扬声器。作为一种电声换能器，动圈式扬声器在产生声能的同时，也产生了机械能与大量多余的热能，这种能量的转换是单向不可逆的。

其中，输入电能的90%均转换成音圈的焦耳热能，这些热量会让音圈的温度急剧上升，同时加热了扬声器的整个磁路系统（包括华司，磁铁和T铁）。如果扬声器产生的这些热量不及时散发出去，将很容易导致钕磁铁在高温下退磁，音圈线圈在高温下烧毁，这严重限制了扬声器的耐承受功率。有时为了提高扬声器的耐承受功率，被迫采用耐温等级更高的音圈和钕磁铁，但这不仅导致扬声器成本的急剧上升，而且这种方式的提升功率是相当有限的。

目前，业内常用的改善扬声器散热的方法主要有（1）使用金属的骨架和鼓纸；（2）增加强迫对流，在零部件上开孔让更多的空气流动通过音圈表面带走热量；（3）将磁路和音圈涂黑，增加辐射效率。

但是，上述的三种方法中，（1）使用金属的骨架和鼓纸，由于内阻尼小，音质偏硬，对于声音输出较大影响；（2）通过强迫对流给音圈散热的效率有限，尤其是热源内藏在音箱中，对流效果很差；（3）把磁路和音圈涂黑，虽利于二者之间的热辐射，但是磁路会很快上升到一定温度，最终达到热平衡，不能继续散热。

因此，有必要对现有的扬声器系统进行优化设计，在降低扬声器的整体温度的同时，希望也可以将扬声器产生的多余热能利用起来。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有热电转换装置的扬声器系统，该热电转换装置的温差发电模块贴合于T铁表面，通过接触传导热量，之后经过温差发电、升压稳压和负载管理，实现了热电转换。该扬声器系统将发电所得的新电提供给蓄电池、LED灯或其他用电元件使用，这样既能将降低扬声器磁路系统的温度，又能实现能量的循环利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具有热电转换装置的扬声器系统，包括盆架和容纳于盆架中的振动系统和磁路系统，所述振动系统包括振膜和音圈，所述音圈通过其绕线部的顶端固定在所述振膜上；所述磁路系统包括T铁、磁铁和华司，所述华司和磁铁位于T铁的上方，所述华司及磁铁与T铁之间构成磁间隙，所述音圈在磁间隙中上下运动；其特征在于，还包括与扬声器连接的热电转换装置，所述热电转换装置包括温差发电模块、升压电路模块和负载管理模块；所述温差发电模块固定连接于T铁的背面，用于温差发电；所述升压电路模块对温差发电模块输出的直流电进行升压和稳压；所述负载管理模块对升压后的新电进行电量分配和负载管理。

在该扬声器系统中，温差发电模块能将扬声器产生的热量利用起来，实现温差发电，发电输出的直流电电压通常较低而且不稳定，此时升压电路模块对直流电进行升压和稳压，确保发电所得的新电可以使用。之后，负载管理模块将这些可利用的新电进行管理和控制，将新电分配给相应的负载（用电元件）进行供电。这样，不仅可以对扬声器的整体温度进行降温，而且可以将扬声器产生的多余热量利用起来，转换为电能。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述温差发电模块包括温差发电片、固定件和散热器，所述温差发电片具有热端和冷端，所述热端贴合于T铁的背面，冷端则贴合于散热器上；所述固定件将散热器和温差发电片固定于T铁上。

温差发电片由两片陶瓷基板组成，其中间有N型和P型的半导体材料元件，其热端贴覆固定于磁路系统的T铁表面，通过接触传导热量，而冷端则贴合于散热器上，保证温差发电片的热端和冷端存在一定的温差，实现温差发电。由于T铁表面的热量不断通过温差发电片传导出来进行发电，磁路系统的温度得以降低。同时，音圈与磁路系统之间存在热辐射，当磁路系统的温度降下来后，音圈的温度也能有效降低，从而避免各部件由于温度过高而存在热损坏的风险，进而增加扬声器的极限承受功率。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述散热器在远离温差发电片的一侧设置有多个散热片。散热器上设置了多个散热片，可以给温差发电片的冷端有效散热，确保温差发电片的冷端维持较低的温度，这样冷端与热端之间存在一定的温度差，保证发电片的发电效率。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述负载管理模块对两种以上的负载进行供电分配的管理和控制。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述负载包括蓄电池、LED灯或其他的扬声器用电元件。

温差发电所得的新电，在负载管理模块的调配下，优先给蓄电池充电，让整个系统的能力转换形成一个闭环，可以增加蓄电池的续航能力，当有外置充电器给电池充电时，负载管理模块将发电所得的新电，提供给LED灯或其他的扬声器用电元件，实现能量的有效利用。

本发明还提供了包含上述具有热电转换装置的扬声器系统的音箱，所述音箱在较长的两边分别开设有第一开口和第二开口，所述盆架在顶部延伸出固定支架，所述盆架通过固定支架固定于第一开口上；所述散热器固定于第二开口上，所述散热片从第二开口伸出。

散热器的散热片将热量散发到外部空气中，有效进行散热，使温差发电片的冷端维持较低的温度，确保温差发电片的发电效率，同时T铁表面的热量不断传导给温差发电片的热端发电，扬声器的整体温度也得到整体降低。

进一步的，本发明提供了另一种包含上述具有热电转换装置的扬声器系统的音箱，所述音箱在较长的两边分别开设有第一开口和第二开口，所述盆架在顶部延伸出固定支架，所述盆架通过固定支架固定于第一开口上；所述第二开口向内形成风管，所述风管对准于所述散热器。

当扬声器工作时，音箱内部与外部的空气通过风管快速进行交换，相当于给散热器的表面增加强迫对流，能有效进行散热，将发电片的冷端维持在较低的温度，确保温差发电片具有很好的发电效率。

基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：

（1）本发明提供的具有热电转换装置的扬声器系统，采用温差发电模块将磁路系统传导的热量进行温差发电，实现了热电转换。该扬声器系统将多余的热量发电所得的新电提供给蓄电池、LED灯或其他用电元件使用，这样既能降低扬声器系统的整体温度，又能实现能量的循环利用。

（2）本发明的具有热电转换装置的扬声器系统，使用的温差发电模块尺寸小，可以制成体积不到1cm³的发电装置，其重量轻，无机械传动部分，工作中无噪音，无液体和气体的工作介质，因而不会污染环境。

（3）本发明的具有热电转换装置的扬声器系统，在温差发电的过程中，磁路系统和音圈的温度能得到有效降低，这样可以避免高温下存在的铷磁铁的退磁问题，同时在制备扬声器的过程中可以选用耐温等级更低的铷磁铁和音圈线，从而降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的具有热电转换装置的扬声器系统的结构示意图。

图2为本发明的具有热电转换装置的扬声器系统的工作模型图。

图3为本发明的热电转换装置的工作模块图。

图4为本发明的温差发电片的工作原理图。

图5为本发明的具有热电转换装置的扬声器系统与传统扬声器的功率递增试验数据图。

图6为本发明的包含具有热电转换装置的扬声器系统的音箱的一个实施例的结构示意图。

图7为本发明的包含具有热电转换装置的扬声器系统的音箱的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

图1给出了本实施例的具有热电转换装置的扬声器系统的结构示意图，如图1所示，一种具有热电转换装置的扬声器系统，包括盆架1和容纳于盆架1中的振动系统2和磁路系统3，其中振动系统2包括振膜21和音圈22，磁路系统3包括T铁31、磁铁32和华司33。作为扬声器的热源，音圈22通过其绕线部的顶端固定在振膜21上进行振动。磁路系统3中，华司33和磁铁32位于T铁31的上方，华司33及磁铁32与T铁31之间构成磁间隙，音圈22在磁间隙中上下运动。音圈通电时产生的热量使得音圈22的温度上升，由于22音圈与磁路系统3的距离很近，但是并不接触，故音圈以热辐射的方式使得磁路系统的温度得以上升，磁路系统的热量大部分通过T铁和外部进行交换。

在本扬声器系统中，为了将扬声器产生的多余热量利用起来，在T铁的表面设置了热电转换装置4，该热电转换装置4与扬声器连接，其包括温差发电模块41、升压电路模块42和负载管理模块43。温差发电模块41直接和T铁接触，设置于T铁的背面，用于温差发电；温差发电模块41通过温差发电所得的直流电输送到升压电路模块42，由于发电输出的直流电电压通常较低而且不稳定，此时升压电路模块42对温差发电模块41输出直流电进行升压和稳压，确保发电所得的新电可以使用。之后，负载管理模块43将这些可利用的新电进行管理和控制，将新电分配给相应的负载5（用电元件）进行供电。

该扬声器系统通过增设热电转换装置4，扬声器的整体温度不仅得到有效降低，同时扬声器产生的多余热量被利用起来，转换为电能，该电能又重新利用到扬声器的内置蓄电池、LED灯或其他元件中，实现能量的循环利用。

图2为本实施例的具有热电转换装置的扬声器系统的工作模型图，如图2所示，扬声器工作过程产生的热量被热电转换装置4利用起来，通过温差发电得到新电。

图3为本实施例的热电转换装置的工作模块图，如图3所示，负载管理模块43对两种以上的负载5进行供电分配的管理和控制，负载为连接在电路中的电源两端的电子元件，在本实施例中，负载5包括内置蓄电池、LED灯或其他扬声器的用电元件。

温差发电所得的新电，在负载管理模块43的调配下，优先给蓄电池（负载1）充电，让整个系统的能力转换形成一个闭环，可以增加蓄电池的续航能力，当有外置充电器给蓄电池（负载1）充电时，负载管理模块43可以将蓄电池（负载1）的充电线路断开，切换成给LED灯（负载2）供电，即将发电所得的新电，提供给LED灯（负载2）或其他的扬声器用电元件（负载3），实现能量的有效利用。

图4为本实施例的温差发电片的工作原理图，结合参考图1和图4，温差发电模块41包括温差发电片411、固定件412和散热器413。其中，温差发电片411由两片陶瓷基板组成，其中间有N型和P型的半导体元件，元件的材料为碲化铋。温差发电片411的热端4111贴覆固定于磁路系统的T铁31的背面，通过接触传导热量，而冷端4112则贴合于散热器413上，保证温差发电片的热端4111和冷端4112存在一定的温差，实现温差发电。

由于T铁31表面的热量不断通过温差发电片传导出来进行发电，磁路系统的温度得以降低。同时，音圈与磁路系统之间存在热辐射，当磁路系统的温度降下来后，音圈的温度也能有效降低，从而避免各部件由于温度过高而存在热损坏的风险，进而增加扬声器的极限承受功率。

在本实施例中，使用热电半导体作为热电转换装置的温差发电模块，这种温差发电片尺寸小，可以制成体积不到1cm³的发电装置，其重量轻，重量介于几克到几十克之间；而且温差发电模块无机械传动部分，工作中无噪音，无液体和气体的工作介质，因而不会污染环境。而且该温差发电模块的作用速度快，使用寿命长，且易于自动控制。

进一步地，散热器413在远离温差发电片411的一侧，即向外部散发热量的那侧设置有多个散热片4131，这可以给温差发电片411的冷端4112有效散热，确保温差发电片的冷端维持较低的温度，这样冷端4112与热端4111之间存在一定的温度差，保证发电片的发电效率。

固定件412则将散热器413和温差发电片411固定于T铁31上。在本实施例中，固定件412为螺钉。在温差发电片与T铁之间，以及温差发电片与散热器之间实现紧密螺接，进行有效的热接触传导。

图5给出了本实施例的具有热电转换装置的扬声器系统与传统扬声器的功率递增试验数据图，如图5所示，在相同条件下（开始20W，每小时增加功率）进行功率递增试验，扬声器输入功率越高，温差发电片的输出电压越高，具有热电转换装置的扬声器系统的音圈与传统扬声器的音圈的温度差异越大，说明增设了热电转换装置的扬声器系统实现了热电转换，也能同时降低音圈的温度。

本实施例的具有热电转换装置的扬声器系统，采用温差发电模块将磁路系统传导的热量进行温差发电，实现了热电转换。该扬声器系统将多余的热量利用起来，发电得到新电提供给蓄电池、LED灯或其他用电元件使用，这样既能降低扬声器系统的整体温度，又能实现能量的循环利用。

另外，该扬声器系统在温差发电的过程中，磁路系统和音圈的温度能得到有效降低，这样可以避免高温下存在的铷磁铁的退磁问题，还可以提高整个扬声器的极限承受功率；同时，在制备扬声器的过程中可以选用耐温等级更低的铷磁铁和音圈线，从而降低生产成本。

实施例2

图6给出了包含具有热电转换装置的扬声器系统的音箱的一个实施例的结构示意图，如图6所示，音箱6为密闭式音箱，其在较长的两边分别开设有第一开口61和第二开口62。其中，盆架1在顶部延伸出固定支架11；盆架1通过固定支架11固定于第一开口61上；散热器413则固定于第二开口62上，散热器413的散热片4131从第二开口62伸出。

散热器413的散热片4131将热量散发到外部空气中，有效进行散热，使温差发电片411的冷端4112维持较低的温度，确保温差发电片的发电效率，同时T铁表面的热量不断传导给温差发电片的热端发电，扬声器的整体温度也得到整体降低。

实施例3

图7给出了包含具有热电转换装置的扬声器系统的音箱的另一个实施例的结构示意图，如图7所示，该音箱为开口式音箱，音箱6在较长的两边分别开设有第一开口61和第二开口62，盆架1在顶部延伸出固定支架11，盆架1通过固定支架11固定于第一开口61上。需要说明的是，第二开口62向内形成风管63，风管63对准于所述散热器413。

当扬声器工作时，音箱内部与外部的空气通过风管63快速进行交换，相当于给散热器413的表面增加强迫对流，能有效进行散热，将发电片的冷端维持在较低的温度，确保温差发电片具有很好的发电效率。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有热电转换装置的扬声器系统，包括盆架（1）和容纳于盆架（1）中的振动系统（2）和磁路系统（3），所述振动系统（2）包括振膜（21）和音圈（22），所述音圈（22）通过其绕线部的顶端固定在所述振膜（21）上；所述磁路系统（3）包括T铁（31）、磁铁（32）和华司（33），所述华司（33）和磁铁（32）位于T铁（31）的上方，所述华司（33）及磁铁（32）与T铁（31）之间构成磁间隙，所述音圈（22）在磁间隙中上下运动；其特征在于，

还包括与扬声器连接的热电转换装置（4），所述热电转换装置（4）包括温差发电模块（41）、升压电路模块（42）和负载管理模块（43）；所述温差发电模块（41）固定连接于T铁（31）的背面，用于温差发电；所述升压电路模块（42）对温差发电模块（41）输出的直流电进行升压和稳压；所述负载管理模块（43）对升压后的新电进行电量分配和负载管理；

所述温差发电模块（41）包括温差发电片（411）、固定件（412）和散热器（413），所述温差发电片（411）具有热端（4111）和冷端（4112），所述热端（4111）贴合于T铁（31）的背面，冷端（4112）则贴合于散热器（413）上；所述固定件（412）将散热器（413）和温差发电片（411）固定于T铁（31）上；

所述温差发电片（411）由两片陶瓷基板组成，其中间有N型和P型的半导体材料元件。

2.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述散热器（413）在远离温差发电片（411）的一侧设置有多个散热片（4131）。

3.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述负载管理模块（43）对两种以上的负载（5）进行供电分配的管理和控制。

4.根据权利要求3所述的扬声器系统，其特征在于，所述负载（5）包括蓄电池、LED灯或其他的扬声器用电元件。

5.一种音箱，包含权利要求1~4任一所述的扬声器系统，其特征在于，音箱（6）在较长的两边分别开设有第一开口（61）和第二开口（62），所述盆架（1）在顶部延伸出固定支架（11），所述盆架（1）通过固定支架（11）固定于第一开口（61）上；所述散热器（413）固定于第二开口（62）上，所述散热器（413）在远离温差发电片（411）的一侧设置有多个散热片（4131），所述散热片（4131）从第二开口（62）伸出。

6.一种音箱，包含权利要求1~4任一所述的扬声器系统，其特征在于，音箱（6）在较长的两边分别开设有第一开口（61）和第二开口（62），所述盆架（1）在顶部延伸出固定支架（11），所述盆架（1）通过固定支架（11）固定于第一开口（61）上；所述第二开口（62）向内形成风管（63），所述风管（63）对准于所述散热器（413）。