CN111194558B - 具有对流冷却的声偏转器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏转器组件，该偏转器组件包括：声偏转器，该声偏转器限定电子器件隔室的至少一部分；和电子器件，该电子器件安装在电子器件隔室内。偏转器组件被配置成经由通过电子器件隔室的烟囱效应气流来提供电子器件的对流冷却。

Description

具有对流冷却的声偏转器
背景技术
本公开涉及一种能够使烟囱效应气流用于电子器件的对流冷却的声偏转器。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
在一个方面中，一种偏转器组件包括：声偏转器，该声偏转器限定了电子器件隔室的至少一部分；和电子器件，该电子器件安装在电子器件隔室内。偏转器组件被配置成经由通过电子器件隔室的烟囱效应气流来提供电子器件的对流冷却。
实施方式可包括以下特征中的一个特征、或它们的任何组合。
在一些实施方式中，偏转器组件还包括基部。声偏转器和基部一起限定了电子器件隔室。
在某些实施方式中，基部耦合到声偏转器，以便在其间形成间隙，以允许环境空气流入电子器件隔室，用于冷却电子器件。
在一些情况下，声偏转器包括声反射体，该声反射体具有截锥形形状，该截锥形形状具有顶表面，该顶表面被配置为相对于电声换能器的运动轴线居中。声反射体在顶表面中具有开口，该开口与间隙一起形成烟囱，以提供用于冷却电子器件隔室中的电子器件的烟囱效应气流。
在一些情况下，声偏转器包括声反射体，该声反射体具有大致锥形外表面。
在一些示例中，大致锥形外表面被配置成邻近电声换能器的声辐射表面设置。声反射体具有截锥形形状，该截锥形形状包括顶表面，该顶表面被配置为相对于电声换能器的运动轴线居中。大致反射体在顶表面中具有开口，该开口延伸到电子器件隔室中，使得被电子器件加热的空气能够排出电子器件隔室。
在某些示例中，声偏转器包括一个或多个横向构件，该横向构件延伸穿过开口。
在一些实施方式中，开口具有约2平方英寸至约4平方英寸的无障碍横截面面积。
在某些实施方式中，大致锥形外表面包括非线性倾斜轮廓。
在另一方面，一种扬声器系统包括声组件和偏转器组件。声组件包括声壳体和耦合到声壳体的电声换能器。偏转器组件包括声偏转器，该声偏转器限定了电子器件隔室的至少一部分；以及电子器件，该电子器件安装在电子器件隔室内用于给电声换能器供电。偏转器组件被配置成经由通过电子器件隔室的烟囱效应气流来提供电子器件的对流冷却。
实施方式可包括上述和/或下述的特征中的一者、或它们的任何组合。
在一些实施方式中，声壳体包括中空外壳和挡板，该挡板耦合到中空外壳以形成声腔。电声换能器安装在挡板中的第一开口中。
在某些实施方式中，声组件还包括设置在声腔内的端口。端口从声耦合到声腔的第一开口端延伸到声耦合到挡板中的第二开口的第二开口端。
在一些情况下，端口的第二开口端被布置成使得离开端口的气流被导引朝向偏转器组件。
在某些情况下，偏转器组件包括基部，并且其中声偏转器和基部一起限定电子器件隔室。
在一些示例中，基部耦合到声偏转器，以便在其间形成间隙，以允许环境空气流入电子器件隔室，用于冷却电子器件。
在某些示例中，声偏转器包括声反射体，该声反射体具有截锥形形状，该截锥形形状包括顶表面，该顶表面被配置为相对于电声换能器的运动轴线居中。声反射体在顶表面中具有开口，该开口与间隙一起形成烟囱，以提供用于冷却电子器件隔室中的电子器件的烟囱效应气流。
在一些实施方式中，声偏转器包括声反射体，该声反射体具有大致锥形外表面。
在某些实施方式中，大致锥形外表面被配置成邻近电声换能器的声辐射表面设置。声反射体具有截锥形形状，该截锥形形状包括顶表面，该顶表面被配置为相对于电声换能器的运动轴线居中。大致反射体在顶表面中具有开口，该开口延伸到电子器件隔室中，使得被电子器件加热的空气能够排出电子器件隔室。
在一些情况下，声偏转器包括一个或多个横向构件，该横向构件延伸穿过开口。
在某些情况下，开口具有约2平方英寸至约4平方英寸的横截面面积。
在一些示例中，大致锥形外表面包括非线性倾斜轮廓。
在某些示例中，声驱动器沿声偏转器的外表面提供交替气流。
在一些实施方式中，声偏转器包括支腿，该支腿用于将声偏转器耦合到电声换能器，使得大致锥形外表面被设置成邻近电声换能器的声辐射表面。
在某些实施方式中，偏转器组件被配置为在550°R的环境温度下支持约75ft/min(0.38m/s)到约90ft/min(0.46m/s)之间的(线性)烟囱效应通风流速。
附图说明
图1A是扬声器系统的透视图。
图1B是图1A的扬声器系统的横截面透视图。
图1C是图1A的扬声器系统的横截面侧视图。
图2是图1A的扬声器系统的声偏转器的透视图。
图3是来自图1A的扬声器系统的电子器件组件的透视图。
图4是来自图1A的声组件的偏转器组件的横截面视图。
具体实施方式
本公开基于以下认识：扬声器系统的无源声部件(例如，声偏转器)也可以被配置成提供对流气流，用于冷却封装在扬声器系统内的发热电子部件。经由烟囱效应产生的直流(d/c)气流可用于提供自然对流冷却，以促进将热从发热电子部件传递出去。
在下述示例中，声偏转器形成包含电子器件的封闭体积的上壁。电子器件可以包括发热部件，诸如音频放大器。这种热的产生可导致在封闭体积中的不期望的热条件。需要有效地从体积中转移热，以改善其中的热条件。
通过将声偏转器配置为用作烟囱，并且提供环境空气流入封闭空间的方式，改善了加热空气流出封闭空间的运动。此外，偏转器位于邻近电声换能器和低音反射端口，它们可以用作可促进从声偏转器排出的加热空气的置换的交替气流的来源。
图1A-1C示出了示例性扬声器系统100，该扬声器系统包括声组件102和偏转器组件104。声组件102包括外壳106和挡板108。在图示的示例中，外壳106是具有一个开口端的中空立方体形结构，挡板108附接到该开口端以形成声腔110。外壳106和挡板108都可以形成为模制塑料零件。垫圈材料112可以被设置在外壳106和挡板108之间的界面处，以在其间形成声密封。声组件102还包括由挡板108支撑的电声换能器114和端口116(a/k/a“低音反射端口”)。换能器114安装在挡板108中的第一开口内。换能器114可以是任何已知类型的电声换能器。例如，如图1B和图1C.1所示，换能器114可以包括电动马达118、隔膜组件120和悬架122。马达118可包括磁路124和由磁路124驱动运动的语音线圈组件126。磁路124可包括背板128、中心杆130、前板132和永久磁体134。前板132和中心杆130一起可形成间隙136，在该间隙内可设置线圈组件126。磁体134提供永久磁场以对抗语音线圈组件126的交替电磁场，并且从而导致附接的隔膜组件120移动。语音线圈组件126可包括语音线圈138和线轴140。隔膜组件120可包括隔膜142和防尘盖144。悬架122可包括支架(spider)146和围绕件148。支架146可将线轴140耦合到附连到挡板108的框架150，并且围绕件148可将隔膜142耦合到框架150。该悬架可有助于使语音线圈在磁路的间隙内轴向地且径向地居中。当语音线圈中的电流改变方向时，语音线圈和固定磁体之间的磁力也发生变化，从而导致语音线圈沿运动轴线152移动。语音线圈的这种来回运动转化为隔膜142的运动。隔膜142的这种运动导致空气压力的变化，这导致声音的产生。换能器114被布置成使得隔膜142的后辐射表面154将声能辐射到声腔110中，并且使得隔膜142的前辐射表面156朝向偏转器组件104辐射声能。
端口116从声耦合到声腔110的第一开口端158延伸到声耦合到挡板108中的第二开口的第二开口端160。端口116的第二开口端160被布置成使得离开端口116的气流被导引朝向偏转器组件104。端口116使得来自隔膜142的后辐射表面154的声音与典型的封闭盒(密封盒)扬声器或无限挡板安装相比，能够增加系统在低频率下的效率。这种设计方法增强了由换能器114生成的最低频率的重现。
偏转器组件104包括声偏转器162和底盖(a/k/a“基部164”)，该声偏转器和底盖耦合在一起以形成隔室166(a/k/a“电子器件隔室”)，该隔室容纳为扬声器系统100供电的电子器件168。全向声偏转器162和基部164两者都可以形成为模制塑料零件。如下所述，为了帮助将热传递离开隔室166，以便为电子器件提供更合适的热条件，偏转器组件104可以被配置成提供通过隔室的烟囱效应(a/k/a“烟囱对流效应”)气流。
参考图2，声偏转器162具有声组件102(图1A至图1C)安装至其处的四个竖直支腿200(a/k/a“安装柱”)。在这点上，支腿200中的每个包括安装孔202，该安装孔用于接收紧固件(例如，螺钉，未示出)，该紧固件用于将全向声偏转器162耦合到挡板108(例如，参见图1C)。支腿200中的一个包括附加孔(a/k/a“布线孔204”)，电线可以通过该孔用于将电子器件168电耦合到换能器114；即，用于驱动换能器114的运动。可以在挡板中设置相应的孔(未示出)。由换能器114生成的声能向下传播，并且由声偏转器162的声反射体204偏转到标称水平方向上。
存在四个大致矩形开口206。每个开口206由声组件102(图1C)、声偏转器162和一对竖直支腿206限定。这四个开口206是传递水平传播的声能的声孔。声能在给定方向上的传播包括例如由于衍射的传播声能的扩散。
图示的声反射体204具有标称截锥形形状，该标称截锥形形状被配置成相对于换能器114的运动轴线(图1C的项152)居中(即，同轴)。在一些情况下，锥形外表面在锥形的基部和顶部之间的斜率(a/k/a“圆锥轴线”)不是恒定的。例如，外表面可具有非线性倾斜轮廓，诸如抛物线轮廓或由截短的旋转双曲面描述的轮廓。声偏转器162还具有大致平坦区域209，该平坦区域位于端口114的第二开口端160下方。
在声反射体204的顶表面中设置有开口210。开口210延伸到电子器件隔室166中(图1C)。一对横向构件212设置在开口210中，以防止大型物体进入电子器件隔室。横向构件212也可以有助于为声偏转器162提供一些结构刚性。开口210可以具有约2in2至约4in2例如3.1in2的无障碍横截面面积。如本文使用的术语“无障碍”意指没有任何障碍物诸如吸音(例如，泡沫)构件或屏幕，并且允许空气自由流动。
参考图3，电子器件168包括印刷电路板300，该印刷电路板包括安装到其上的多个电子部件。电子部件尤其包括位于翅式散热器304的下方的放大器芯片(参见图4中的项302)。放大器芯片302可以消散5瓦到10瓦(例如，8瓦)的功率。电子器件168的剩余部分可以在电子器件168消散的总共约10瓦到20瓦(例如14.2瓦)的功率中另外消散2瓦到12瓦。
参考图4，基部164为电子器件168提供主要支撑。在这点上，印刷电路板300固定到基部164(例如,利用螺钉)。然后利用螺钉将基部164固定到在偏转器162中形成的凸台/支架。值得注意的是，在基部164和偏转器162之间形成有间隙400，以允许空气从围绕扬声器系统100的区域402进入电子器件隔室166中。声反射体204的顶部处的开口210和间隙400一起作为烟囱。在这点上，由电子器件168消散的功率会加热电子器件隔室166内的空气。由于电子器件隔室166和围绕扬声器系统100的区域402之间的空气密度差，加热空气由于浮力而上升并且从开口210排出。加热空气的这种置换将来自围绕扬声器系统200的区域402的冷(环境)空气吸入到电子器件隔室166中，在电子器件隔室中，空气随后被加热并且通过开口210排出，导致直流气流通过电子器件隔室165。这种烟囱效应气流有助于驱动电子器件168的对流冷却。
偏转器组件104被配置为在550°R(32℃)的环境温度下，支持约75ft/min(0.38m/s)到约90ft/min(0.46m/s)之间由烟囱效应(a/k/a“烟囱效应通风流速”)引起的线性通风流速。
在一个示例中，开口210具有约2.0英寸(50.5mm)的直径和大约1.9英寸(47.2mm)的高度；并且电子器件隔室166内的平均温度为约632°R(78℃)至约656.4°R(91.5℃)，并且在约550°R(32℃)的环境温度下，支持约75ft/min至约90ft/min的线性烟囱效应通风流速。
由换能器114的运动和空气通过端口116的置换产生的交替气流可以帮助进一步将加热排气从开口210置换。
已描述了多个实施方式。然而，应当理解，在不脱离本文所述发明构思的范围的情况下，可进行附加修改，并且因此，其他实施方式在以下权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种偏转器组件，包括：
声偏转器；
耦合到所述声偏转器的基部，所述声偏转器和所述基部一起限定电子器件隔室；和
电子器件，所述电子器件安装在所述电子器件隔室内，
其中所述偏转器组件被配置成经由通过所述电子器件隔室的烟囱效应气流来提供所述电子器件的对流冷却，
其中所述基部耦合到所述声偏转器，以便在其间形成间隙，以允许环境空气流入所述电子器件隔室中，以用于冷却所述电子器件，并且
其中所述声偏转器、所述基部及其间的所述间隙均共享共同的水平面。
2.根据权利要求1所述的偏转器组件，其中所述基部的邻近所述间隙的部分位于所述声偏转器的两个部分之间，并且所述声偏转器的所述两个部分共享所述共同的水平面。
3.根据权利要求2所述的偏转器组件，其中所述基部耦合到支架，所述支架使用螺钉而形成在所述声偏转器中。
4.根据权利要求1所述的偏转器组件，
其中所述声偏转器包括声反射体，所述声反射体具有截锥形形状，所述截锥形形状包括顶表面，所述顶表面被配置为相对于电声换能器的运动轴线居中，并且其中所述声偏转器耦合到所述电声换能器，并且
其中所述声反射体在所述顶表面中具有开口，所述开口与所述间隙一起形成烟囱，以提供用于冷却所述电子器件隔室中的所述电子器件的所述烟囱效应气流。
5.根据权利要求1所述的偏转器组件，其中所述声偏转器包括声反射体，所述声反射体具有大致锥形外表面。
6.根据权利要求5所述的偏转器组件，其中所述大致锥形外表面包括非线性倾斜轮廓。
7.根据权利要求5所述的偏转器组件，
其中所述大致锥形外表面被配置成邻近电声换能器的声辐射表面而设置，
其中所述声反射体具有截锥形形状，所述截锥形形状包括顶表面，所述顶表面被配置为相对于所述电声换能器的运动轴线居中，并且
其中所述声反射体在所述顶表面中具有开口，所述开口延伸到所述电子器件隔室中，从而使得被所述电子器件加热的空气能够排出电子器件隔室。
8.根据权利要求7所述的偏转器组件，其中所述声偏转器包括一个或多个横向构件，所述一个或多个横向构件跨所述开口延伸。
9.根据权利要求7所述的偏转器组件，其中所述开口具有2平方英寸至4平方英寸的无障碍横截面面积。
10.一种扬声器系统，包括：
声组件，所述声组件包括：
声壳体；和
电声换能器，所述电声换能器耦合到所述声壳体；和
偏转器组件，所述偏转器组件包括：
声偏转器，
耦合到所述声偏转器的基部，所述声偏转器和所述基部一起限定电子器件隔室；和
电子器件，所述电子器件安装在所述电子器件隔室内用于为所述电声换能器供电，
其中所述偏转器组件被配置成经由通过所述电子器件隔室的烟囱效应气流来提供所述电子器件的对流冷却，
其中所述基部耦合到所述声偏转器，以便在其间形成间隙，以允许环境空气流入所述电子器件隔室中，以用于冷却所述电子器件，并且
其中所述声偏转器、所述基部及其间的所述间隙均共享共同的水平面。
11.根据权利要求10所述的扬声器系统，其中所述声壳体包括：
中空外壳；和
挡板，所述挡板耦合到所述中空外壳以形成声腔，并且
其中所述电声换能器安装在所述挡板中的第一开口中。
12.根据权利要求11所述的扬声器系统，
其中所述声组件还包括设置在所述声腔内的端口，并且
其中所述端口从声耦合到所述声腔的第一开口端延伸到第二开口端，所述第二开口端声耦合到所述挡板中的第二开口。
13.根据权利要求12所述的扬声器系统，其中所述端口的所述第二开口端被布置成使得离开所述端口的气流被导引朝向所述偏转器组件。
14.根据权利要求10所述的扬声器系统，其中所述基部的邻近所述间隙的部分位于所述声偏转器的两个部分之间，并且所述声偏转器的所述两个部分共享所述共同的水平面。
15.根据权利要求14所述的扬声器系统，其中所述基部耦合到支架，所述支架使用螺钉而形成在所述声偏转器中。
16.根据权利要求10所述的扬声器系统，
其中所述声偏转器包括声反射体，所述声反射体具有截锥形形状，所述截锥形形状包括顶表面，所述顶表面被配置为相对于所述电声换能器的运动轴线居中，并且
其中所述声反射体在所述顶表面中具有开口，所述开口与所述间隙一起形成烟囱，以提供用于冷却所述电子器件隔室中的所述电子器件的所述烟囱效应气流。
17.根据权利要求10所述的扬声器系统，其中所述声偏转器包括声反射体，所述声反射体具有大致锥形外表面。
18.根据权利要求17所述的扬声器系统，其中所述大致锥形外表面包括非线性倾斜轮廓。
19.根据权利要求17所述的扬声器系统，其中所述电声换能器沿着所述声偏转器的所述外表面提供交替气流。
20.根据权利要求17所述的扬声器系统，其中所述声偏转器包括支腿，所述支腿用于将所述声偏转器耦合到所述电声换能器，使得所述大致锥形外表面邻近所述电声换能器的声辐射表面而设置。
21.根据权利要求17所述的扬声器系统，
其中所述大致锥形外表面被配置成邻近所述电声换能器的声辐射表面而设置，
其中所述声反射体具有截锥形形状，所述截锥形形状包括顶表面，所述顶表面被配置为相对于所述电声换能器的运动轴线居中，并且
其中所述声反射体在所述顶表面中具有开口，所述开口延伸到所述电子器件隔室中，从而使得被所述电子器件加热的空气能够排出电子器件隔室。
22.根据权利要求21所述的扬声器系统，其中所述声偏转器包括一个或多个横向构件，所述一个或多个横向构件跨所述开口延伸。
23.根据权利要求21所述的扬声器系统，其中所述开口具有2平方英寸至4平方英寸的横截面面积。
24.根据权利要求10所述的扬声器系统，其中所述偏转器组件被配置为在550°R的环境温度，支持75ft/min到90ft/min之间的烟囱效应通风流速。
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