CN111641908B - 具有导电悬挂构件的换能器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有导电悬挂构件的换能器。具体涉及一种扬声器，所述扬声器包括框架和耦接到所述框架的磁体组件。所述磁体组件形成气隙，磁通量被引导通过所述气隙。所述扬声器还包括悬挂在所述气隙中的音圈、耦接到所述音圈的隔膜以及用于将所述音圈悬挂在所述气隙内的顺应性悬挂构件。所述悬挂构件包括导电双相构件，用于提供所述音圈和耦接到所述框架的电路之间的电连接。

Description

具有导电悬挂构件的换能器
本申请是申请号为201780008577.9、申请日为2017年8月18日、名称为“具有导电悬挂构件的换能器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的一个实施方案涉及具有顺应性悬挂构件的换能器，例如扬声器，该顺应性悬挂构件提供音圈和换能器电端子之间的电连接。还描述了其它实施方案并要求对其进行保护。
背景技术
在现代消费电子产品中，随着数字音频信号处理和音频内容传送的不断改进，音频功能正在发挥越来越大的作用。在这方面，范围广泛的消费电子设备可以从音频性能的改进中受益。例如，智能电话包括例如将电音频信号转换为对应声音的机电换能器。更具体地讲，喇叭扩音器和听筒接收器可从音频性能的改进中受益。然而，智能手机没有足够的空间容纳更大的高保真声音输出设备。这对于某些便携式个人计算机诸如膝上型电脑、笔记本电脑和平板电脑，并且在较小程度上，对于内置扬声器的台式个人计算机也是如此。这些设备中的许多设备使用通常被称为“微型扬声器”的设备。微型扬声器是小型化型式的扩音器，其使用动圈式电机来驱动声音输出。动圈式电机可包括定位在框架内的隔膜、音圈和磁体组件。音圈通常包括从音圈的端部延伸并且可连接到扬声器框架内的端子或电路的引线。然而，由于由隔膜偏移引起的这些引线上的应变，线可断裂，最终导致该领域中的可靠性问题。
发明内容
本发明的实施方案通过使用可拉伸的导电材料以将移动音圈电连接到在换能器之外的固定端子来改进换能器可靠性。具体地讲，代替从音圈延伸到端子的引线，用于悬挂框架内的隔膜和音圈的悬挂构件可包括线之外用于将音圈电连接到端子的导电部件。在一个实施方案中，导电部件可以是形成在悬挂构件上或其内的导电双相材料。双相材料可被认为是“双相的”，因为其包含固体组分和液体组分。例如，双相材料可包括导电合金(诸如金-镓)的固体层或膜和形成在固体层上的导电材料(诸如镓)的液体层。镓可以呈液体形式并且形成为沿固体层的离散凸出、沉积物或突起。
将此类双相材料结合到换能器悬挂构件中以提供到音圈的电连接具有若干优点。例如，双相材料已被示出在高循环疲劳方面具有良好的可靠性，并且因此提供比线更好的机械稳健性。具体地讲，由于双相材料的固体-液体性质，其可适应由悬挂构件的运动(例如，拉伸)而导致的高应变而不断裂。此外，液体组分提供可忽略的刚度。因此，将双相材料集成到悬挂构件中不会显著影响悬挂构件的总体刚度，该总体刚度必须是对称的，以便避免令人兴奋的摇摆模式或引入不期望的变形，这对性能有害。更进一步地，双相材料的电属性可用于保护隔膜并监测隔膜位移。具体地讲，双相材料的电阻随应变成比例变化。因此，作为驱动器和相关联的隔膜，偏移渐渐达到其最大限度，在音圈与端子之间的电路径中的应变将逐渐上升。如果换能器像通常做的那样从电压源驱动，则这将减少正递送通过双相材料到音圈的电流量，并且阻止偏移超过最大期望限制。如果从电流源驱动，由双相材料所经受的应变将导致电压驱动水平的对应变化，即将可类似地用于感测或控制偏移的效果。因此，双相材料被认为提供可用于阻止过分的隔膜偏移的自限制机构。另外，双相材料的应变系数(例如，电阻对机械应变的相对改变)为一(1)。因此，可由与设备相关联的电路检测电阻的线性行为对双相材料的应变行为的比较，并将其用作应变仪，例如，用于确定瞬时隔膜位置的传感器。还应当理解，如前所述的双相材料可与需要到移动线圈的物理电连接的包括动态麦克风、致动器和扩音器的任何换能器一起使用，尽管为了简单起见，本文通常将参考扩音器应用。
代表性地，本发明的一个实施方案涉及包括具有耦接到其上的端子的框架的扬声器。磁体组件可联接到框架，并且磁体组件可形成气隙，磁通量被引导通过该气隙。该扬声器还包括悬挂在该气隙中的音圈、耦接到该音圈的隔膜、用于将该音圈悬挂在气隙内的顺应性悬挂构件。该悬挂构件可包括导电双相构件，用于在音圈和端子之间提供电连接。在一个实施方案中，导电双相构件包括形成在悬挂构件上的固体组分和形成在固体组分上的液体组分。固体组分可包括金-镓合金，并且液体组分可包括液态镓沉积物。在一些实施方案中，导电双相构件包括双相材料的膜，并且该双相材料的膜形成在悬挂构件的表面上。在另外的实施方案中，导电双相构件包括形成在悬挂构件上的金-镓合金层和形成在金-镓合金层上的多个液态镓突起。在一些情况下，扬声器还包括电连接到端子的电路，并且该电路可以是隔膜位移感测电路，其可操作为在隔膜被移位时，通过检测由导电双相构件上的应变造成的电阻来检测隔膜的位移。
本发明的另一个实施方案涉及包括具有耦接到其上的端子的固定部分的换能器(例如，扬声器或致动器)。换能器还包括移动部分，该移动部分可操作为响应于洛伦兹力而移动并生成物理振动或声音。另外，换能器包括用于将移动部分从固定部分悬挂的顺应性悬挂构件和耦接到顺应性悬挂构件的双相电极层。双相电极层可操作为提供移动部分和耦接到固定部分的端子之间的电连接。双相电极层可包括沿音圈的第一侧延伸的第一节段和沿音圈的第二侧延伸的第二节段，并且第一节段与第二节段电隔离。在一些情况下，第一节段电连接到音圈的外部线层，并且第二节段电连接到音圈的内部线层。在一些实施方案中，固定部分是框架，并且移动部分是连接到隔膜的音圈，并且它们被悬挂构件悬挂在框架内。双相电极层可包括沉积在悬挂构件的表面上的导电合金的固体层和包括形成在该固体层上的导电突出部的液体层。在一些实施方案中，换能器还包括电连接到端子的电路。该电路可能可操作为检测双相电极层上的应变并确定隔膜的位移。在另外的实施方案中，双相电极层可操作为根据双相电极层上的应变来修改隔膜的偏移。
本发明的另一个实施方案涉及具有顺应性膜和双相电极的扬声器悬挂构件。悬挂构件的尺寸被设计为从扬声器框架悬挂扬声器隔膜和音圈。双相电极包括连接到顺应性膜的固体层和连接到固体层的液体层。在一个实施方案中，固体层包括直接形成在顺应性膜上的金-镓合金膜。液体层可包括直接形成在固体层上的多个离散的液态镓沉积物。双相电极可包括至少一个导电迹线，其被图案化成将音圈电连接到电路。在一些实施方案中，双相电极为第一双相电极，并且扬声器悬挂构件还包括耦接到顺应性膜的第二双相电极，并且第一双相电极与第二双相电极间隔开一定距离。
本发明的再一个实施方案涉及平面磁换能器，其使用嵌入或以其他方式附接到隔膜的一系列导电迹线。构建机电换能器的这种方法在形状因数和性能方面具有一些优点，例如，允许可能更适于特定应用的非常薄且扁平纵横比式的换能器。除了形状因数之外，平面换能器具有另外的优点，因为与典型的基于音圈的换能器(其仅在音圈附接到隔膜的位置处(通常在外周边附近)被驱动)相反，隔膜的移动表面的较大部分可以更均匀地被驱动。
以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可从上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合而实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
在附图的图示中通过举例而非限制的方式示出了实施方案，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且其意指至少一个。
图1示出了换能器的一个实施方案的横截面侧视图。
图2示出了图1的换能器的悬挂构件和导电双相材料层的一个实施方案的横截面侧视图。
图3示出了图1的换能器的悬挂构件和导电双相材料层的一个实施方案的横截面侧视图。
图4示出了图1的悬挂构件和导电双相材料层的一个实施方案的仰视平面图。
图5示出了换能器的另一个实施方案的横截面侧视图。
图6示出了悬挂构件和导电双相材料层堆叠的一个实施方案的放大横截面视图。
图7示出了悬挂构件和导电双相材料层堆叠的另一个实施方案的放大横截面视图。
图8示出了悬挂构件和导电双相材料层堆叠的另一个实施方案的放大横截面视图。
图9示出了被图案化在悬挂构件上的导电双相材料层的俯视平面图。
图10示出了其中可实现换能器的电子设备的一个实施方案的简化示意图的一个实施方案。
图11示出了电子设备的实施方案的一些组成部件的框图，其中可在该电子设备中实现本发明的实施方案。
具体实施方式
在这个章节中，我们将参考附图来解释本发明的若干优选实施方案。每当在实施方案中描述的部件的形状、相对位置和其它方面未明确限定时，本发明的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施方案可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的结构和技术，以免模糊对本描述的理解。
图1示出了换能器的一个实施方案的横截面侧视图。换能器100可为例如电声换能器，其将电信号转换为能够从内部集成换能器100的设备输出的可听信号。例如，换能器100可以是扬声器或微型扬声器，诸如位于智能电话或其他类似的紧凑型电子设备(诸如便携式计时装置、膝上型电脑、笔记本电脑或平板电脑)内的喇叭扬声器或听筒接收器。另选地，换能器100可集成到非便携式设备中，并且/或者可以是将一种形式的能量转换为另一种形式的任何其他类型的设备，例如，振动电机或本文讨论的任何其他类型的换能器。换能器100可以封装在设备的外壳或壳体内，集成在所述外壳或壳体内部。
换能器100可包括移动部分和固定部分。例如，移动部分可以是相对于固定框架104移动的声音辐射面(SRS)或隔膜102。隔膜102可以是能够响应于声音信号而振动以产生声音波或声波的任何类型的隔膜或声音辐射面。在这一方面，隔膜102可具有适合于辐射声音的任何尺寸和形状，例如圆形、正方形或矩形。
隔膜102(例如，移动部分)可由悬挂构件106悬挂在换能器100的框架104(例如，固定部分)内。代表性地，在一个实施方案中，悬挂构件106可包括顺应性材料片材(例如，膜)，该顺应性材料片材跨框架104中的开口定位，并且隔膜102是附接到悬挂构件106的顶侧或表面108的加强材料层。例如，悬挂构件106可以是具有附接(例如，模制、粘附或化学粘结)或以其他方式密封到框架104的外边缘110的热成形的硅树脂膜。悬挂构件106可具有合适的尺寸、厚度、顺应性等以允许附接到其上的隔膜102的振动。例如，悬挂构件106可具有“卷制”构型，在该构型中，其具有弓形或弯曲的区域以在z方向(例如，平行于悬挂构件106的轴的方向)上允许更大的顺应性和/或偏移。还应当理解，可使用硅树脂之外的材料来形成悬挂构件106，例如，可热成形的塑性材料诸如聚氨酯(PU)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚醚醚酮(PEEK)等。隔膜102可由附接(例如，模制、粘附或化学粘结)到悬挂构件106的表面108的中心部分的聚合物层形成。例如，隔膜102可由使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成的聚合物膜制成。另外，还应当理解，虽然在图1中，隔膜102被示出为包括形成在悬挂构件106的一部分上的加强材料层，但是在其他实施方案中，隔膜102可以是定位在悬挂构件106中的开口上方并沿其边缘附接到悬挂构件106的单个加强材料层。
换能器100还可包括沿悬挂构件106的底侧或表面116(即，悬挂构件106面向磁体组件126的一面)定位使得其在隔膜102下方的音圈114。例如，在一个实施方案中，音圈114包括上端122和下端124。上端122可直接附接到悬挂构件106的表面116，诸如通过化学粘结等。在另一个实施方案中，音圈114可围绕线圈架或绕线管缠绕，并且该线圈架或绕线管直接附接到悬挂构件106的表面116。在一个实施方案中，音圈114可具有与隔膜102类似的轮廓和形状。例如，在平面图中，隔膜102可具有正方形、矩形、跑道形或圆形轮廓，音圈114可具有对应的正方形、矩形、跑道形或圆形轮廓。音圈114可包括形成导电路径的导电线或绕组，例如输送电流的线、迹线等。导电路径可允许电流在相对于对应磁场的给定方向上流动，使得生成洛伦兹力来相对于固定部件(例如，框架104)移动音圈114和音圈附接到的任何构件(例如，隔膜102)。
再次回到悬挂构件106，悬挂构件106还可包括导电双相材料层118(在本文中也被称为“双相材料层”、“双相构件”或“双相电极”)，其将音圈114电连接到与换能器100的框架104相关联的端子140。端子140可以例如是电连接到线136的端部的接触点，或者可以是线136的端部自身，并且其提供到电路112的电连接点。还应当理解，虽然端子140被示出形成在双相材料层118与框架104交接处，但是它们可沿框架104形成在其他位置处(例如，在另一部件与框架104交接的任何位置处)。另外，在一些实施方案中，仅端子140可存在于框架104上，并且线136和/或电路112被省略或独立于换能器100被组装。例如，在一个实施方案中，线136可被省略，并且双相材料层118自身可沿框架104延伸到电路112附近的端子。
现在返回图1，导电双相材料层118可沿悬挂构件106延伸(例如，附接到底侧116)，并且从音圈114延伸到定位在框架104上或在其内的端子140。另选地，双相材料层118可形成在悬挂构件106内或以其他方式嵌入其内。在任一种情况下，双相材料层118可以任何方式与悬挂构件106一起形成，并且以任何形状、构型或图案形成，适合于将例如音圈114的顶端122处的端子电连接到框架104上的端子140，如图所示。双相材料层118可被认为是“双相的”，因为其包括固体组分和液体组分两者。在一个实施方案中，固体组分可以是形成在悬挂构件106上或嵌入其内的导电材料的固体层，并且液体组分可以是形成在固体层上的液体材料层。在一个实施方案中，导电材料的固体层可以是由金-镓合金制成的膜，并且液体材料可以是沿金-镓合金膜的表面形成的包含液态镓的离散突出、沉积物或突起。还应当理解，虽然提供金-镓合金和液态镓作为构成双相材料层118的固体-液体材料的示例，但是可使用具有与具体列出的那些类似的属性的其他导电材料。
根据图1可理解，隔膜102在z方向(如箭头150所示)上的偏移或振动使得悬挂构件106振动或拉伸以适应隔膜102的移动。该移动在悬挂构件106在移动音圈114和固定框架104之间的区域内引起显著量的应变。因此，当在该区域内使用音圈引线来进行电连接时，显著量的应变被放置在线上并且可能导致断裂和机械故障。然而，由于双相材料层118的双相性质，该层在高循环疲劳方面比线具有更好的可靠性，并且可抵抗该区域内的高应变而不断裂。因此，用导电双相材料层118替换该区域内的音圈引线改进了该领域中的换能器可靠性。
另外，如前所述，双相材料的电属性可用于保护隔膜102免受过分的偏移以及监测隔膜位移。具体地讲，由于双相材料层118的电阻随应变成比例变化，随着隔膜102的偏移渐渐达到其最大限度，双相材料层118中和通过双相材料层118的相关联的电路径中的应变将逐渐上升。这转而将减少正递送通过双相材料层118到音圈114的电流量，并且转而减少隔膜102的偏移。因此，双相材料层118提供根据双相材料层118上的应变来阻止或修改隔膜偏移的自限制机构。此外，因为双相材料层118的应变系数(例如，电阻对机械应变的相对改变)约为一，所以电阻的线性行为对双相材料层118的应变行为的比较可由电路112检测并用作应变仪或用于监测隔膜位置的传感器。例如，电路112可用于在隔膜102移位时通过检测由导电双相材料层118上的应变造成的电阻来检测隔膜的位移或位置。在这一方面，电路112可包括具有电路和/或电子部件的位移感测电路，以促进隔膜位移监测。另外，电路112可包括用于驱动扬声器操作(例如，向音圈114提供电流)的扬声器电路。将参考图2至图9讨论双相材料层118的附加细节。
换能器100还可包括位于隔膜102、悬挂构件106和音圈114下方的磁体组件126。磁体组件126可包括磁体128(例如，NdFeB磁体)，以及顶板130和用于引导磁体128生成的磁路的磁轭132。包括磁体128、顶板130和磁轭132的磁体组件126可位于隔膜102下方，换句话讲，磁体组件126定位于隔膜102和框架104之间。在一个实施方案中，磁体128可以是完全定位于音圈114的开口中心内的中心磁体。在这一方面，磁体128可具有与音圈114类似的轮廓，并且音圈114可被悬挂在形成在磁体128和磁轭132之间用于驱动音圈114的移动的磁隙或气隙134内，并且磁通量被引导通过该磁隙或气隙。然而，应当理解，图1示出了换能器的一个非限制性示例，并且存在将等同地从本发明中受益的换能器驱动机构的许多其他构型，例如静电平面磁性的等。换句话讲，与移动线圈进行电接触或者与组件的移动部分上的电子部件进行接触的任何换能器都可从本文所公开的双相材料层或电极中受益。
现在将参考图2至图8更详细地描述悬挂构件106和双相材料层118布置的具体细节。代表性地，图2示出了图1所示的悬挂构件106和导电双相材料层118的一个实施方案的横截面侧视图。从该视图可以看出，在一个实施方案中，导电双相材料层118包括顶面202，该顶面可附接到悬挂构件106的底侧116(例如，面向音圈114的一侧)并沿其延伸。然后双相材料层118在一侧或一端(例如，通过焊接)电连接到音圈114的端子(例如，在顶端122处的端子)并且在另一侧或另一端电连接到可电连接到与电路112(参见图1)相关联的线136的端子140。在这一方面，电流可在无需音圈引线的情况下经由双相材料层118在音圈114和电路112之间行进。
更详细地参考音圈114，音圈114可以是具有终止于正音圈端子的外部音圈层114A和终止于负音圈端子的内部音圈层114B的双缠绕线圈。在这一方面，双相材料层118可包括导电断裂，以便不使通过音圈114的电流短路。导电断裂可以是例如双相材料层118的左侧和右侧或顶部和底部之间的非导电性区域。例如，如图2所示，双相材料层118可包括与第二节段118B电隔离的第一节段118A。例如，第一节段118A和第二节段118B可以是双相材料层118的间隔开一定距离以实现导电断裂的两个离散且分离的块件。第一节段118A可电连接(例如，焊接)到与外部音圈层114A相关联的端子(例如，正音圈端子)和附近的线136至电路112。第二节段118B可电连接(例如，焊接)到与内部音圈层114B相关联的端子(例如，负音圈端子)和附近的线136至电路112。如前所述，电路112可包括用于驱动扬声器操作的扬声器电路和/或用于监测隔膜102的位移、偏移或位置的隔膜位移感测电路。
图3示出了图1所示的悬挂构件106和导电双相材料层118的另一个实施方案的横截面侧视图。图3的换能器部件与先前相对于图1和图2讨论的那些基本上相同，除了在该实施方案中，双相材料层118被嵌入或以其他方式形成在悬挂构件106内。例如，除了双相材料层118的端部(其电连接到音圈114)之外，双相材料层118完全或至少部分地被封入或嵌入悬挂构件106的材料内，如图所示。换言之，双相材料层118的顶表面和底表面两者均与悬挂构件106接触并被其覆盖。例如，可通过形成(例如，热成形、压缩模制、注塑等)用于形成悬挂构件106的材料(例如，硅树脂)层，在该悬挂构件材料层上形成双相材料层118，然后在双相材料层118上形成另一悬挂构件材料层以完成堆叠来实现该构型。如从图3可以看出，双相材料层118的端部通过悬挂构件106暴露，使得它们可电连接到音圈114和相应的线136。另外，如前所述，双相材料层118可包括将外部音圈层114A电连接到电路112的线136的第一节段118A和将内部音圈层114B电连接到电路112的线136的第二节段118B。
图4示出了图1至图3的悬挂构件和导电双相材料层的一个实施方案的仰视平面图。具体地讲，从该视图可以看出，悬挂构件106是具有矩形形状的轮廓(但可以设想其他轮廓)的基本上实心的材料(例如，硅树脂)片材。在这方面，悬挂构件106可具有四个侧面，并且对应的边缘402和404可以电附接到周围框架(例如，图1的框架104)的部分上的端子140和线136。分别具有外部音圈层114A和内部音圈层114B的音圈114可以附接到悬挂构件106的底侧116。尽管未示出，但隔膜可以附接到悬挂构件106的顶侧，并且在音圈114上方。
在该实施方案中，双相材料层118的第一节段118A和第二节段118B形成为片状结构，并且定位在悬挂构件106的底部116上。例如，第一节段118A具有基本上矩形或正方形的形状，该形状具有长度(L)尺寸和宽度(W)尺寸。在一个实施方案中，长度(L)尺寸比宽度(W)尺寸长，使得第一节段118A覆盖悬挂构件106的大部分面积。宽度(W)尺寸可以与音圈114与悬挂构件106的边缘402之间的距离基本上相同，使得第一节段118A在两者之间延伸。代表性地，第一节段118A的边缘408可以与外部音圈层114A接触并且电连接，并且相对边缘406可以与定位在悬挂构件106的边缘402附近的固定端子140和线136接触并且电连接。第二节段118B可具有与第一节段118A的尺寸类似的尺寸，但是与第一节段118A间隔开一段距离(D)以提供导电断裂。例如，第二节段118B可具有边缘412和相对边缘410，所述边缘412与定位在悬挂构件106的边缘404附近的端子140和线136接触并且电连接，并且所述相对边缘410与内部音圈层114B接触并且电连接。应当注意，在第一节段118A和第二节段118B是材料片材的实施方案中，期望每个节段118A、118B均覆盖悬挂构件106的大表面积，以便减小电阻并降低双相材料内的应力。因此，可以设想，尽管示出了矩形节段118A和118B，但是它们可具有增加其表面积的其他形状和大小，例如，它们可以是围绕音圈114并覆盖悬挂构件106的大部分表面积的“C”形或“U”形节段。然而，应当注意，为了保持导电断裂，应该在双相材料层节段118A、118B的导电双相材料之间形成至少某种间隙或间隔。因此，在大多数情况下，节段118A、118B的组合将覆盖小于悬挂构件106的整个周边。悬挂构件106的大部分表面积还用于抵消对双相材料层118的实际厚度的任何限制，取决于沉积或施加的方法，所述双相材料层的实际厚度可限于相当薄的横截面。
图5示出了换能器的另一实施方案的横截面侧视图。在该实施方案中，换能器500被示出为平面磁换能器。更具体地讲，换能器500是微型扬声器，其具有包括与磁阵列配对的导电绕组的单个音圈模块(但是可以使用多个模块)。换能器500可包括框架502，该框架用于相对于一个或多个磁阵列506围绕或支承隔膜504。例如，框架502可以是微型扬声器外壳的一部分。隔膜504可具有任何外部形状，并因此，尽管示出了矩形隔膜，但隔膜可以是圆形、多边形等。隔膜504可以由用于构造扬声器隔膜的已知材料构成，所述材料包括纸、热成型聚合物，诸如PEEK、PEN、PAR、编织玻璃纤维、铝或由此类材料制成的复合材料。因此，在一些情况下，隔膜504可包括电介质表面508，例如在由框架502支承的隔膜边缘之间延伸的前表面或后表面。电介质表面508可以是平坦的，如平面隔膜的情况；或者可以是圆锥形或弯曲的，如锥形或圆顶隔膜的情况；或平面部分和弯曲部分的某种组合，如设计要求所规定的。隔膜504可以完全由电介质材料构成，或者隔膜的前表面或后表面的一部分可以涂覆有电介质材料以形成电介质表面，如涂覆有聚对二甲苯膜的铝隔膜的情况。
音圈514可以与隔膜504集成在一起。更具体地讲，音圈514可以由设置在隔膜504的电介质表面上并且在所述隔膜的电介质表面上方或者沿所述隔膜的电介质表面延伸的电线形成。电线可以在隔膜504上形成一个或多个导电绕组516。更一般地，导电绕组516可以是传导电流的导电路径，例如线、迹线等。因此，尽管在以下描述中将导电路径称为导电绕组、线段等，但是应当理解，导电绕组516可以是使用已知技术形成的任何导电材料，用于准许电流相对于对应的磁场在给定方向上流动，使得产生洛伦兹力来移动导电绕组516和绕组所附接到的任何衬底，例如隔膜。导电绕组516可以在隔膜504的外周边内具有一个或多个线匝，即，导电绕组516可以沿隔膜504的表面连续地延伸并且完全在所述隔膜的表面上方。这样，每个线匝可以与隔膜504的周边分开一段距离，使得线匝在隔膜504的可移动部分上(沿着中心轴线)从框架502向内悬挂。线匝可包括平行于对应的磁化部分512的纵向轴线的绕组段，例如绕组长度；以及横向于纵向轴线的绕组段，例如绕组宽度。
每个导电绕组可以是音圈514的一部分，其包括沿电介质表面508延伸的一个或多个环。每个环可具有在隔膜504的外周边内的外部轮廓或周边，即，每个环可以沿隔膜504的表面连续地延伸并且完全在所述隔膜的表面上方。此外，每个导电绕组的各个环可以是共面的。例如，导电绕组可具有若干个环，这些环从具有较大直径的外环到具有较小直径的内环以螺旋形连续形成。所有环可以在线圈平面内。此外，线圈平面可以平行于隔膜的表面，因此，环可以围绕与线圈平面正交的轴线延伸并且围绕所述与线圈平面正交的轴线。通过使用已知的制造技术在电介质表面上印刷或蚀刻绕组，可以在隔膜504上形成导电绕组。
每个线圈可以形成有不包括环的另选拓扑。例如，每个线圈可包括线段，这些线段相邻但不直接形成环，只要每个段中的电流在适当的方向上流动以获得足够有用的洛伦兹力即可。线段或线匝通常可以在磁体阵列的一部分上方居中，其中磁场线与绕组、线段、线匝等的平面共面。
在一个实施方案中，音圈514的导电绕组可以彼此串联。例如，第一导电绕组可以电连接到正极引线，并且第二导电绕组可以电连接到负极引线，并且正极引线和负极引线可以通过第一导电绕组和第二导电绕组电连接。另选地，导电绕组可以并联电连接。替代实施方案包括在隔膜504上有效地形成多个音圈，因为每组导电绕组可以被单独致动，即，通过不同的电路经受不同的电流。电引线可以从自框架502向内悬挂的导电绕组516延伸到隔膜504的外周边，并且因此可以遍历导电绕组516的线匝与隔膜504的外周边或边缘之间的距离。还可以使用这些连接的组合(串并联)。
框架502可使用悬挂构件518相对于磁阵列506支承隔膜504。悬挂构件518可基本上类似于参考图1至图3描述的悬挂构件518，并且包括双相层520以提供音圈514和电路526之间的电连接。代表性地，导电双相材料层520可以沿悬挂构件518延伸(例如，附接到悬挂构件的底侧)，并且从音圈514延伸到与电路526的线524相关联的端子540。另选地，双相材料层520可形成在悬挂构件518内或以其他方式嵌入其内。在任一种情况下，双相材料层520可以以任何方式与悬挂构件518一起形成，并且可以以任何形状、配置或图案形成，适合于将音圈514电连接到端子540以及延伸穿过框架502的线524，并且执行先前参考图1至图4讨论的操作。
框架502还可以围绕衬底510的边缘保持衬底510，并且每个磁阵列可位于衬底510的面上，使得磁阵列的顶面面向音圈514的相应导电绕组。衬底510可以是刚性足以支承磁阵列的材料。例如，衬底可以是金属或聚合物，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或铝。有利地，由于磁阵列506(也称为Halbach磁阵列)固有地产生在与相邻于衬底510的底面相对的顶面上最强的磁场，因此衬底510可以由非磁性或铁磁性材料形成，而不在扬声器驱动期间破坏施加到音圈的磁场。
衬底510上的每个磁阵列506可包括若干磁化部分512。磁化部分可通过将磁性材料片材的不同区域(例如，粘结剂中的粉末状铁氧体)单独暴露于不同的磁场来磁化。另选地，磁化部分可以是独立的磁体(例如，磁棒)，其在不同方向上被磁化，然后并排布置以有效地形成具有旋转磁场的平坦磁阵列。下面更详细地描述这种旋转磁场的影响。
此外，隔膜504和磁阵列506可相对于中心轴线522布置，使得电介质表面508和磁阵列506的顶面与中心轴线正交。更具体地讲，音圈模块的导电绕组516可以围绕中心轴线522缠绕，使得环形成平面绕组，例如从外部尺寸螺旋到内部尺寸。平面绕组可以平行于磁性部分512的布置，该磁性部分可以类似地沿衬底线性地并排布置，使得每个磁化部分的纵向轴线(以及垂直于纵向轴线穿过所有磁化部分的横向轴线)与中心轴线正交。这样，当磁阵列沿中心轴线被向上引导时，由磁阵列产生的磁场应指向音圈的导电绕组。因此，在换能器500位于设备内使得中心轴线延伸穿过磁阵列和隔膜朝向设备的壁的情况下，当通过导电绕组施加电流来致动音圈时，音圈驱动隔膜产生声音，该声音沿中心轴线向前发射，穿过外壳壁上的端口进入周围环境。
现在参考图6至图8，这些图示出了悬挂构件和双相材料层堆叠的实施方案的放大剖视图。代表性地，图6示出了悬挂构件106，其中双相材料层118附接到悬挂构件106的表面。悬挂构件106可以是硅树脂膜，或者是由任何其他类型的可拉伸和/或顺应性材料形成的膜，例如，由PU、TPU、PEEK等制成的膜。应当理解，虽然悬挂构件106在本文中被描述为用于隔膜和音圈的悬挂构件，但它可以是在上面可以形成、沉积或嵌入双相材料层118的任何类型的可拉伸或顺应性膜或衬底。如前所述，双相材料层118包括固体层602和液体层604。固体层602附接到悬挂构件106，并且液体层604形成在固体层602上。在该实施方案中，液体层604被示出为形成在固体层602的与悬挂构件106相对的一侧上。然而，液体层604还可以形成在固体层602的面向悬挂构件106的一侧上。液体层604可包括沿固体层602的表面的离散(例如，分离)沉积物、凸出或突起606。
在一个实施方案中，固体层602可以是金-镓合金的薄膜层，并且液体层604可以是包括在金-镓合金膜层上形成的液态镓的突起606。突起606内的液态镓与金-镓固体层602的组合允许整个双相材料层118的电连续性，特别是当材料受应力倾向于使固体部分裂开时，液相有效地填充在微裂纹中，从而修复材料并保持近似均匀的导电性。现在将描述用于制造图6中所示的悬挂构件106和双相材料层118的一种代表性方法。代表性地，在一个实施方案中，硅树脂片材可以热成型为悬挂构件106所需的大小和形状(例如，适合悬挂隔膜和音圈的大小和形状)。接着，在悬挂构件106的表面上的期望区域中沉积(例如，溅射)金薄膜。然后将液态镓沉积在金膜上并进行热蒸发。这使得金膜与蒸发的镓合金化并形成固体金-镓合金膜层，以及液态镓微观突起的累积(例如，液体层)。液态镓渗透穿过突起，以提供整个材料的电连续性。在一些实施方案中，沉积额外的液态镓以进一步增加突起的大小。应进一步注意的是，虽然悬挂构件106被描述为在添加双相材料层118之前被热成型为期望的形状，但在一些实施方案中，悬挂构件106可以由上面已经形成双相材料层的硅树脂片材形成。另选地，悬挂构件106可以被设计为以平坦状态使用，使得不需要成形，使用衬底本身的顺应性而不是增加平面外几何形状。
图7示出了悬挂构件和双相材料层堆叠的另一实施方案的横截面侧视图。在该实施方案中，悬挂构件106和具有固体层602和液体层604的双相材料层118可以如参考图6所讨论的那样形成。然而，该堆叠还包括形成悬挂构件706的第二硅树脂材料层以及第二双相材料层718(如前所述由固体层702和液体层704构成)。具体地讲，悬挂构件706形成在第一双相材料层118的先前形成的液体层604上。需注意，可以认为双相材料层118嵌入悬挂构件106内或以其他方式形成在所述悬挂构件内，因为它在两侧被悬挂构件材料覆盖。第二双相材料层718还可以形成在第二悬挂构件706上方。由于不同的双相材料层118和718中的每一者通过悬挂构件706的层彼此电隔离，所以它们可具有不同的电图案以及/或者连接到换能器内不同的电路(例如，如前所述，一个连接到用于驱动扬声器操作的扬声器电路，一个连接到用于监测膜片位移的膜片位移电路)。还应当理解，在一些实施方案中，可以仅包括第二悬挂构件706，并省略第二双相材料层718。
图8示出了悬挂构件和双相材料层堆叠的另一实施方案的横截面侧视图。在该实施方案中，悬挂构件106和具有固体层602和液体层604的双相材料层118可以如参考图6所讨论的那样形成。然而，在该堆叠中，双相材料层118形成在衬底层802上，然后衬底层802附接(例如，化学键合或以其他方式粘附)到悬挂构件106的表面。例如，衬底层802可以是具有与悬挂构件106类似或不以其它方式妨碍其操作的顺应性的硅树脂膜。除了固体层602和液体层604形成在衬底层802上并且衬底层802附接到悬挂构件106的表面之外，堆叠可以以与参考图6描述的方式类似的方式形成。固体层602和液体层604可以在衬底层802附接到悬挂构件106之前或之后形成。例如，在一个实施方案中，如前所述形成悬挂构件106，然后将衬底层802附接到悬挂构件106的表面，接着形成固体层602和液体层604。在另一实施方案中，双相材料层118是包括衬底层802、固体层602以及液体层604的预先形成的堆叠，然后作为单个单元附接到悬挂构件106。
图9示出了在悬挂构件上图案化的双相材料层的俯视平面图。代表性地，在该实施方案中，分别包括固体层602和液体层604的双相材料层118形成在悬挂构件106的表面上，并且被图案化成导电迹线902。导电迹线902被图案化(例如，平版印刷、光刻等)以将音圈114与线136电连接。导电迹线902分别包括双相材料层118的固体层602和液体层604中的每一个，以允许电流的传输。例如，在一个实施方案中，导电迹线902可以是类似正弦的图案，其一端终止于音圈，并且另一端终止于悬挂构件106的在线136附近的边缘。在其他实施方案中，导电迹线902可具有格栅或格子型图案。
图10示出了其中可以实施诸如本文所描述的换能器的电子设备的一个实施方案的简化示意图的一个实施方案。如图10所示，换能器可集成在消费电子设备1002(诸如智能电话)内，用户可利用该设备通过无线通信网络与通信设备1004的远端用户进行通话；在另一个示例中，换能器可集成在平板电脑1006的外壳内。这些只是本文所述的换能器可使用的场景的两个示例，然而，可以设想，换能器可与需要换能器(例如，扩音器、接收器、致动器或振动马达)的任何类型的电子设备一起使用，例如，平板电脑、桌面计算设备或其他显示设备。
图11示出了电子设备的实施方案的一些组成部件的框图，其中可在该电子设备中实现本发明的实施方案。设备1100可以是几种不同类型的消费电子设备中的任何一种。例如，设备1100可以是任何配备换能器的移动设备，诸如蜂窝电话、智能电话、媒体播放器或平板式便携式计算机。
在这方面，电子设备1100包括与相机电路1106、运动传感器1104、存储装置1108、存储器1114、显示器1122和用户输入界面1124交互的处理器1112。主处理器1112还可以与电路1102、主电源1110、扬声器1118和麦克风1120进行交互。扬声器1118可以是诸如参考图1描述的扬声器。电子设备1100的各种部件可以数字方式互连，并且由处理器1112所执行的软件栈使用或管理。在此示出或描述的许多部件可以被实现为一个或多个专用硬件单元和/或编程的处理器(软件由处理器例如处理器1112执行)。
处理器1112通过执行在设备1100上实现的一个或多个应用或操作系统程序的一些或全部操作，通过执行可在存储装置1108上找到的指令(软件代码和数据)来控制设备1100的整体操作。处理器1112可以例如驱动显示器1122，并且通过用户输入界面1124(其可以作为单个触敏显示面板的一部分与显示器1122集成)来接收用户输入。此外，处理器1112可将音频信号发送到扬声器1118以促进扬声器1118的操作。
存储装置1108使用非易失性固态存储器(例如，闪存存储装置)和/或动态非易失性存储设备(例如，旋转磁盘驱动器)来提供相对大量的“永久性”数据存储。存储装置1108可包括本地存储和远程服务器上的存储空间。存储装置1108可以存储数据以及在更高级别控制和管理设备1100的不同功能的软件部件。
除了存储装置1108之外，还可存在存储器1114(也称为主存储器或程序存储器)，其提供对存储的代码和数据相对更快的访问，所述代码和数据正由处理器1112执行。存储器1114可包括固态随机存取存储器(RAM)，例如静态RAM或动态RAM。可存在一个或多个处理器，例如处理器1112，所述一个或多个处理器运行或执行各种软件程序、模块或指令集(例如应用)，所述各种软件程序、模块或指令集在永久性地存储在存储装置1108的同时已经被传送到存储器1114以供执行，以执行上述各种功能。
设备1100还可包括电路1102。在一个实施方案中，电路1102可包括具有用于有线通信或无线通信(诸如双向通话和数据传送)的部件的通信电路。例如，电路1102可包括耦接到天线的RF通信电路，使得设备1100的用户可以通过无线通信网络发出或接收呼叫。RF通信电路可包括RF收发器和蜂窝基带处理器以通过蜂窝网络启用呼叫。例如，电路1102可包括Wi-Fi通信电路，使得设备1100的用户可以使用互联网协议语音(VOIP)连接来发出或发起呼叫，通过无线局域网传送数据。此外，电路1102可包括如前所述的与换能器100相关联的扬声器电路和/或隔膜位移感测电路。
设备可包括麦克风1120。麦克风1120可以是将空气中的声音转换为电信号的声电换能器或传感器。麦克风电路可电连接到处理器1112和电源1110以促进麦克风操作(例如，倾斜)。
设备1100可包括可以用于检测设备1100的移动的运动传感器1104，也称惯性传感器。运动传感器1104可包括位置、取向和移动(POM)传感器，诸如加速度计、陀螺仪、光传感器、红外(IR)传感器、接近传感器、电容接近传感器、声学传感器、声波或声纳传感器、雷达传感器、图像传感器、视频传感器、全球定位(GPS)检测器、RF或声学多普勒探测仪、指南针、磁力仪或其他类似传感器。例如，运动传感器1104可以是光传感器，该传感器通过检测环境光线的强度或环境光线强度的突然改变来检测设备1100的移动或不移动。运动传感器1104基于设备1100的位置、取向和移动中的至少一者来生成信号。该信号可包括运动的特征，诸如加速度、速度、方向、方向改变、持续时间、振幅、频率或者任何其他运动表征。处理器1112接收传感器信号，并且部分地基于该传感器信号来控制设备1100的一个或多个操作。
设备1100还包括实现设备1100的数字相机功能的相机电路1106。一个或多个固态图像传感器内置在设备1100中，并且每个固态图像传感器可以位于包括相应透镜的光学系统的焦平面处。在图像传感器上形成相机视野内的场景的光学图像，并且传感器通过以数字图像或图片的形式捕获场景来进行响应，该数字图像或图片由像素构成，然后可将图像和图片存储在存储装置1108中。相机电路1106还可以用于捕获场景的视频图像。
设备1100还包括主电源1110(诸如内置电池)作为主电源。
虽然已描述并且在附图中示出了某些实施方案，但应当理解，此类实施方案仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对于本领域的普通技术人员而言可想到各种其它修改。例如，在此描述的换能器可以是将空气中的声音转换成电信号的声-电换能器或传感器，诸如例如麦克风、振动马达或可受益于顺应性或可拉伸双相电极的其他类型的设备。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (23)

1.一种微型扬声器，包括：
框架，所述框架具有耦接到所述框架的端子；
磁体组件，所述磁体组件耦接到所述框架；
隔膜，所述隔膜具有耦接到所述隔膜的音圈；和
顺应性悬挂构件，所述顺应性悬挂构件耦接到所述隔膜，用于从所述框架悬挂所述隔膜和所述音圈，所述顺应性悬挂构件具有占据所述隔膜和所述框架之间的整个间隔的表面，
其中所述顺应性悬挂构件包括线之外的用于将所述音圈电连接到所述端子的导电构件，所述导电构件包括顺应性衬底层和导电材料层，所述导电构件被形成为片状结构，并且所述导电构件包括从所述音圈延伸到所述顺应性悬挂构件的外边缘的宽度尺寸，并且所述宽度尺寸小于所述导电构件的长度尺寸。
2.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述导电构件的所述长度尺寸小于所述音圈的长度尺寸。
3.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述导电构件嵌入在所述顺应性悬挂构件之内。
4.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述悬挂构件是完全围绕所述音圈的固体膜，并且所述导电构件仅沿着所述音圈的一侧延伸。
5.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述音圈包括在所述隔膜的表面上形成的一系列共平面导电绕组，并且所述磁体组件包括磁性阵列，所述磁性阵列具有被布置成形成磁场的多个磁化部分。
6.根据权利要求1所述的微型扬声器，还包括电连接到所述端子的电路，并且其中所述电路是隔膜位移感测电路，所述隔膜位移感测电路能够操作为通过检测在所述隔膜被移位时由所述导电构件上的应变造成的电阻来检测所述隔膜的位移。
7.一种换能器，包括：
固定部分，所述固定部分具有耦接到所述固定部分的端子；
移动部分，所述移动部分能够操作为响应于洛伦兹力而移动并生成物理振动或声音；和
顺应性悬挂构件，所述顺应性悬挂构件用于从所述固定部分悬挂所述移动部分，
其中所述顺应性悬挂构件包括线之外的用于将所述移动部分电连接到所述端子的第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层中的至少一个被形成为片状结构，其中所述第一导电层包括耦接到所述移动部分的一侧并且延伸小于所述移动部分的所述一侧的长度的第一长度侧和在所述移动部分的所述一侧与所述端子之间延伸并且短于所述第一长度侧的第一宽度侧，以及所述第二导电层包括耦接到所述移动部分的另一侧并且延伸小于所述移动部分的所述另一侧的长度的第二长度侧和在所述移动部分的所述另一侧与所述端子之间延伸并且短于所述第二长度侧的第二宽度侧。
8.根据权利要求7所述的换能器，其中整个所述第一导电层和整个所述第二导电层彼此间隔一距离，该距离至少等于所述移动部分的宽度，并且所述第一导电层与所述第二导电层电隔离。
9.根据权利要求7所述的换能器，其中所述固定部分包括框架，并且所述移动部分包括音圈和隔膜。
10.根据权利要求7所述的换能器，其中所述顺应性悬挂构件是绕所述移动部分的整个周边延伸的固体膜，并且所述第一导电层和所述第二导电层绕小于所述移动部分的整个周边延伸。
11.根据权利要求7所述的换能器，其中所述第一导电层或所述第二导电层包括固体膜和在固体膜上形成的导电迹线。
12.根据权利要求7所述的换能器，还包括电连接到所述端子的电路，并且其中所述电路能够操作为检测所述第一导电层或所述第二导电层上的应变并确定所述移动部分的位移。
13.根据权利要求7所述的换能器，还包括电连接到所述端子的电路，并且其中所述第一导电层或所述第二导电层能够操作为根据所述第一导电层或所述第二导电层上的应变来修改所述移动部分的偏移。
14.根据权利要求7所述的换能器，其中所述换能器是扬声器。
15.一种微型扬声器，包括：
顺应性膜，所述顺应性膜的尺寸被设计为从微型扬声器框架悬挂平面微型扬声器隔膜和音圈，所述顺应性膜包括顺应性材料片材，所述顺应性材料片材具有由弓形区域围绕的平面区域，所述平面微型扬声器隔膜和所述音圈耦接到所述顺应性材料片材的平面区域，并且所述音圈包括一系列共平面导电绕组；
线之外的导电膜，所述导电膜耦接到所述顺应性膜，并将所述音圈电连接到所述微型扬声器框架处的端子，其中所述导电膜附接到并且符合所述顺应性材料片材的所述弓形区域，其中所述导电膜被形成为片状结构，并且其中所述导电膜包括从所述音圈延伸到所述端子的宽度尺寸，并且所述宽度尺寸小于所述导电膜的长度尺寸；以及
磁体组件，所述磁体组件具有沿着所述微型扬声器框架的同一侧定位的磁体阵列。
16.根据权利要求15所述的微型扬声器，其中所述导电膜包括在所述导电膜上形成的导电迹线，所述导电迹线将所述音圈电连接到所述端子。
17.根据权利要求15所述的微型扬声器，其中所述导电膜包括双相材料。
18.根据权利要求15所述的微型扬声器，其中所述导电膜沿着小于所述音圈的整个长度尺寸延伸。
19.一种微型扬声器，包括：
框架，所述框架具有耦接到所述框架的端子；
磁体组件，所述磁体组件耦接到所述框架，所述磁体组件形成气隙，磁通量被引导通过所述气隙；
音圈，所述音圈悬挂在所述气隙中；
隔膜，所述隔膜耦接到所述音圈；以及
顺应性悬挂构件，用于从所述框架悬挂所述音圈和所述隔膜，所述顺应性悬挂构件具有由弓形区域围绕的平面区域，所述隔膜的整个底部侧附接到所述平面区域的顶表面，导电双相构件附接到并且符合所述弓形区域，并且所述音圈与所述导电双相构件附接到所述顺应性悬挂构件的同一表面，并且所述导电双相构件将所述音圈电连接到所述端子，
其中所述导电双相构件被形成为片状结构，并且所述片状结构包括从所述音圈延伸到所述顺应性悬挂构件的外边缘的宽度尺寸，并且所述宽度尺寸小于所述片状结构的长度尺寸。
20.根据权利要求19所述的微型扬声器，其中所述导电双相构件包括形成在所述顺应性悬挂构件上的第一固体层、形成在所述第一固体层上的液体层和形成在所述液体层上的第二固体层。
21.根据权利要求19所述的微型扬声器，其中所述隔膜附接到所述顺应性悬挂构件的顶部侧，并且所述导电双相构件附接到所述顺应性悬挂构件的底部侧。
22.根据权利要求19所述的微型扬声器，其中所述导电双相构件包括与第二节段间隔一距离的第一节段，并且所述顺应性悬挂构件占据所述第一节段和所述第二节段之间的整个间隔，并且其中所述第一节段和所述第二节段中的至少一个被形成为所述片状结构。
23.根据权利要求22所述的微型扬声器，其中所述端子包括正音圈端子和负音圈端子，并且所述第一节段将内部音圈层电连接到所述正音圈端子，并且所述第二节段将外部音圈层电连接到所述负音圈端子。
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