CN108616795A - 一种主动制冷的扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明在提供了一种主动制冷的扬声器，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，音圈通过其绕线部的顶端固定在振膜上；磁路系统包括T铁、磁铁和华司，华司和磁铁位于T铁的上方，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；所述扬声器还包括固定于T铁背面的主动制冷模块，主动制冷模块通过热传导的方式对磁路系统进行降温。本发明提供的设置有主动制冷模块的扬声器，采用热电半导体制冷片贴合于T铁上进行主动制冷，将整个磁路系统的温度降低后，进而将相应的音圈热压的温度也进行降低，最终降低整个扬声器的温度，提高极限输入功率。
Description
技术领域
本发明涉及扬声器制造的技术领域，尤其是涉及一种主动制冷的扬声器。
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，动圈式扬声器的声输出效率通常都低于2%，这是因为输入电能有90%都转换成扬声器音圈的焦耳热。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）。
因此，扬声器的散热设计显得非常重要，否则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的散热系统进行优化设计，以降低扬声器的整体温度，确保正常工作。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种设置有主动制冷模块的扬声器，采用热电半导体制冷片贴合于T铁上进行主动制冷，将整个磁路系统的温度降低后，进而将相应的音圈热源的温度也进行降低，最终降低整个扬声器的温度，提高极限输入功率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种主动制冷的扬声器，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，还包括固定于T铁背面的主动制冷模块，所述主动制冷模块通过热传导的方式对磁路系统进行降温。
主动制冷模块固定于磁路系统的T铁表面，强行给磁路系统降温，也就相当于冷源与音圈热源之间存在相互的热量交换。通过增加冷源主动制冷模块的制冷效率，则能够降低音圈和整个扬声器系统的温度，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，所述所述主动制冷模块包括半导体制冷片、固定件和散热器；所述半导体制冷片与直流电源电连接，其冷端贴合于T铁的背面，热端则贴合于散热器上；所述固定件将散热器和半导体制冷片固定于T铁上。
半导体制冷片由两片基板组成，其中间有N型和P型的半导体材料元件，制冷片需要串联在直流电源上进行工作。当直流电流从N型元件流向P型元件的接头时，吸收热量成为冷端；当电流从P型元件流向N型元件的接头时，释放热量成为热端。半导体制冷片的冷端贴合于T铁表面，热端则贴合于散热器上，由于散热器能对半导体制冷片的热端有效进行散热，这样T铁就会将更多的热量通过接触传导到制冷片的冷端，当整个磁路系统的温度降低后，相应地，音圈热源的温度也能有效降低，实现提高极限输入功率的目的。
作为本发明的技术方案的进一步描述，所述散热器在远离半导体制冷片的一侧设置有多个散热片。
散热器上设置了多个散热片，保证对半导体制冷片热端的散热效果，保证制冷片的制冷效率。
作为本发明的技术方案的进一步描述，所述固定件为螺钉，确保半导体制冷片与T铁表面，半导体制冷片与散热器的连接紧密，进行有效热接触传导。
本发明还提供上述主动制冷的扬声器的音箱，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，降低半导体制冷片热端的温度，确保半导体制冷片的制冷效果，降低扬声器的整体温度。
进一步地，本发明还提供了包含上述主动制冷的扬声器的音箱，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热交换，相当于给散热器的表面增加强迫对流，能有效降低制冷片热端的温度，确保半导体制冷片具有很好的制冷效果。
基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：
（1）本发明提供的主动制冷的扬声器，采用主动制冷模块对扬声器的磁路系统进行降温，在整个磁路系统的温度降低后，进而将相应的音圈热源的温度也进行降低，避免温度太高导致音圈热损伤，最终降低整个扬声器的整体温度，提高极限输入功率。
（2）本发明的主动制冷的扬声器，使用的主动制冷模块尺寸小，可以制成体积不到1cm3的制冷器，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）本发明的主动制冷的扬声器，通过主动制冷能有效降低磁路系统的温度，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，从而降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的主动制冷的扬声器的结构示意图。
图2为本发明的主动制冷的扬声器的热传导模型图。
图3为本发明的半导体制冷片的工作原理图。
图4为本发明的具有主动制冷的扬声器的音箱的一个实施例的结构示意图。
图5为本发明的具有主动制冷的扬声器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给出了本实施例的主动制冷的扬声器的结构示意图，如图1所示，一种主动制冷的扬声器，包括盆架1以及容纳于盆架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。
需要说明的是，在该扬声器中，在T铁31的背面固定设置了主动制冷模块4，而主动制冷模块4通过热传导的方式对磁路系统3进行降温。
图2给出了本实施例的主动制冷的扬声器的热传导模型图，如图2所示，热源音圈的热量一部分通过传导的方式传递给了扬声器的盆架骨架等部件，一部分通过强迫对流的方式散发到空气，而最多的一部分通过热辐射的方式传递到磁路上；骨架和磁路系统上的热量也会通过对流的方式散发到空气中，但由于扬声器和音箱的密闭状态，散发到空气的热量不能及时扩散，还是存在局部过热的问题。在本实施例中，通过在磁路系统上加装一个冷源：主动制冷模块，该主动制冷模块固定于磁路系统的T铁表面，强行给磁路系统降温，也就相当于在冷源与音圈热源之间进行相互的热量交换。
由于输入扬声器的电功率是恒定的，即热源音圈的发热功率是固定的，当通过增加冷源的制冷功率，磁路系统的热量将被及时传递到主动制冷模块，这样自然能够降低音圈和整个扬声器系统的温度，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。
图3给出了本实施例的半导体制冷片的工作原理图，结合参考图1和图3，主动制冷模块包括半导体制冷片41、固定件42和散热器43，其中半导体制冷片41与直流电源5电连接，其冷端411贴合于T铁31的背面，热端412则贴合于散热器43上，而固定件42将散热器43和半导体制冷片41固定于T铁31上。
半导体制冷片41由两片陶瓷基板组成，其中间有P型半导体元件413和N型半导体元件414。P型半导体元件413和N型半导体元件414的元件材料为碲化铋。当电流从N型半导体元件414流向P型半导体元件413的接头，就能吸收热量，成为冷端411；当电流从P型半导体元件413流向N型半导体元件414的接头释放热量，成为热端412。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及P型半导体元件413和N型半导体元件414的元件对数来决定的。
半导体制冷片41的冷端411贴合于T铁31表面，热端412则贴合于散热器43上，由于散热器能对半导体制冷片的热端有效进行散热，这样T铁就会将更多的热量通过接触传导到制冷片的冷端，当整个磁路系统的温度降低后，相应地，音圈热源的温度也能有效降低，实现提高极限输入功率的目的。
在本实施例中，使用热电半导体制冷组件作为主动制冷模块，主动制冷模块的半导体制冷片尺寸小，可以制成体积不到1cm3的制冷器，其重量轻，重量介于几克到几十克之间；而且主动制冷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。
使用热电半导体制冷组件的主动制冷模块还具有以下优点：其制冷参数不受空间方向以及重力影响，在大的机械过载条件下，也能够正常地工作；通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速率；其作用速度快，使用寿命长，且易于自动控制。
需要说明的是，作为另一种替代方式，扬声器也可以使用基于热声原理（声波制冷）的主动制冷模块进行制冷，其工作原理是基于热声效应，源于声场中的固体介质和震荡流体之间的相互作用，声能和热能之间发生相互交换。微型热声制冷器件的冷却功率在1W左右，在热端处于室温条件下，温降为数十度。
需要说明的是，散热器43在远离半导体制冷片41的一侧，即面向热量散发的那侧设置有多个散热片431，保证对半导体制冷片热端的散热效果，保证制冷片的制冷效率。而固定件42为螺钉，半导体制冷片与T铁表面，半导体制冷片与散热器的螺接紧密，进行有效热接触传导。
本实施例的主动制冷的扬声器，采用主动制冷模块对扬声器的磁路系统进行降温，在整个磁路系统的温度降低后，进而将相应的音圈热压的温度也进行降低，避免温度太高导致音圈热损伤，最终降低整个扬声器的整体温度，提高极限输入功率。
另外，扬声器通过主动制冷能有效降低磁路系统的温度，避免高温下存在的铷磁铁的退磁问题，在制备扬声器的过程中可以选用耐温等级更低的铷磁铁，从而降低生产成本。
实施例2
图4给出了本实施例的包含有主动制冷的扬声器的音箱，如图4所示，该音箱为密闭式音箱，该音箱6在较长的两边分别开设有第一开口61和第二开口62.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43则固定于第二开口62上，散热器43的散热片431从第二开口62伸出。散热片将热量散发到音箱的外部空气中，有效进行散热，降低半导体制冷片41热端的温度，确保半导体制冷片的制冷效果，降低扬声器的整体温度。
实施例3
图5给出了另一个实施例中的包含有主动制冷的扬声器的音箱，如图5所示，该音箱为开口式音箱，该音箱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43。当扬声器工作时，音箱内部与外部的空气通过风管63快速进行热交换，相当于给散热器43的表面增加强迫对流，能有效降低制冷片41热端的温度，确保半导体制冷片具有很好的制冷效果。
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)
1.一种主动制冷的扬声器，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，还包括固定于T铁（31）背面的主动制冷模块（4），所述主动制冷模块（4）通过热传导的方式对磁路系统（3）进行降温。
2.根据权利要求1所述的主动制冷的扬声器，其特征在于，所述所述主动制冷模块包括半导体制冷片（41）、固定件（42）和散热器（43）；所述半导体制冷片（41）与直流电源（5）电连接，其冷端（411）贴合于T铁（31）的背面，热端（412）则贴合于散热器（43）上；所述固定件（42）将散热器（43）和半导体制冷片（41）固定于T铁（31）上。
3.根据权利要求2所述的主动制冷的扬声器，其特征在于，所述散热器（43）在远离半导体制冷片的一侧设置有多个散热片（431）。
4.根据权利要求2所述的主动制冷的扬声器，其特征在于，所述固定件（42）为螺钉。
5.一种包含权利要求1~4任一所述的主动制冷的扬声器的音箱，其特征在于，所述音箱（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（43）固定于第二开口（62）上，所述散热片（431）从第二开口（62）伸出。
6.一种包含权利要求1~4任一所述的主动制冷的扬声器的音箱，其特征在于，所述音箱（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（43）。
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