CN1253056C - 平面串联磁路和采用该磁路的电－机－声换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面串联磁路及采用该磁路的电―机―声换能器，平面串联磁路包括由导磁板、导磁板上部叠置的第一磁体、第一极板组成第一磁场形成部；与第一磁场形成部共用的导磁板、导磁板上叠置的第二磁体、第二极板组成第二磁场形成部；第二磁场形成部设置于第一磁场形成部的外围并设有规定的磁间隙；第一磁体与第二磁体极性相反。由该磁路及伸入间隙的通电导线或线圈及振动膜、盖板及附件组成电―机―声换能装置。该磁路的第一磁场形成部与第二磁场形成部所发出的磁力线相迭加，磁间隙中的磁场强度强，效率高。采用该磁路的电―机―声换能器，如扬声器、受话器等，换能效率高，功能多、体积小，特别适用于微型、小型电子产品。

Description

平面串联磁路和采用该磁路的电-机-声换能器

                          技术领域

本发明涉及微型磁路设计以及采用该磁路的电-机-声换能器，该换能器特别适用于微型、小型电子产品。

                          背景技术

GPRS，CDMA，GSM手机、IP电话微型终端设备、发声词典、笔记本电脑、掌上计算机(PDA)、便携式液晶显示TV、微型发射和接收装置(transceiver)和电子玩具等新颖电子产品的多功能、微型化、低能耗是目前的研究方向和发展趋势。

电磁型换能装置的换能效率比较高，但其电声性能已难以满足新颖手机、甚至电话机的要求，使用了100多年的电磁型换能器，从上个世纪九十年代初起，不得不悄悄退出其历史舞台，而被换能效率不太高、但电声性能优良、制造工艺技术也较为简单的电动型换能器全面取代。

众所周知，电动型换能器通常由磁路、振动体、附件等组成，传统的电动型磁路有两种基本结构，一种叫外磁磁路，如图1所示，通常由T形铁2、环形磁体4、环形导磁板1以及T形铁2的T形头与环形导磁板1的间隙3构成磁路。由该磁路及伸入间隙3的通电导线或线圈7及振动体5、盖板6及附件8组成电-机-声换能装置，如图2所示。

另一种传统的电动型磁路叫做内磁磁路，如图3所示，通常由导磁铁碗9、磁体10、极板11以及导磁铁碗9的突起边沿与极板11的间隙12构成磁路。由该磁路及伸入间隙12中的通电导线或线圈13及振动体15、盖板14及附件17组成电-机-声换能装置，如图4所示。

由电磁学原理知道，磁场对伸入磁间隙中的通电导线或线圈的驱动力与磁场强度成正比，磁场强度越强，导线或线圈受到的驱动力也就越大；反之，导线或线圈在磁间隙中运动，磁间隙中的磁场强度越强，导线或线圈两端产生的电动势也就越高。换言之，在同等条件下，磁场强度越强，电-机-声换能器的转换效率就越高。

由于外磁磁路的漏磁较大，它的使用范围受到了极大的限制；内磁磁路的磁体比较小，对磁体的物理性能有较高的要求，长期以来，磁路的设计虽有变化，总体上一直未能突破这二种方式。

两种磁路的磁体占有空间比相对说来均较低，这对空间比较宽松的环境不是什么问题，随着信息时代的快步到来，新颖电子产品迅猛发展，对多功能、微型化、低能耗手机、IP终端设备等来说，不仅需要电、机、声换能器的电声性能优良，更迫切需要其换能效率高-即灵敏度高、耗电少、且体积小。当然，使用高性能的磁体、或增大磁体的尺寸可以提高换能器的灵敏度。但由于磁体性能的提高是有限的，近十年来，高性能钕铁硼磁体的磁能积大约已从30(MGOe)提高到40(MGOe)，仍远远满足不了微型电、机、声换能器小尺寸、高灵敏度的需要。磁体的尺寸要适应微型化的要求，不仅不能加大，还需大大约缩小。以目前最流行的CDMA、GPRS、GSM手机为例，这些新潮手机均以美妙的和弦、音乐、歌曲取代过去的蜂鸣声，以高灵敏度、宽频带电动型扬声器取代了沿用多年的蜂鸣器。由于手机越做越小，留给电声器件的空间非常有限，这类手机目前使用的扬声器或受话器的尺寸大致为直径φ10-φ15毫米，厚度2.8-3.5毫米。这么小的扬声器或受话器，为确保优良的电气、电声性能，在扬声器或受话器上还必须设置声学调节孔、腔体、阻尼、防漏磁等等。所以，无论使用外磁、或内磁结构，因受空间和结构的制约，精心设计的普通电动内磁型或外磁型磁路，还是显得力不从心，其换能效率仍然满足不了微型手机的高效率、低能耗的要求，普通内磁型或外磁型的电动型换能器，特别是扬声器的灵敏度，已满足不了上述要求。由此可见，微型、符合绿色环保要求的电子产品，已十分迫切需要设计出一种新颖高效、微型电动换能器磁路。

                          发明内容

本发明提供了一种平面串联磁路，该磁路的磁间隙中的磁场强度强，换能效率高。

本发明提供了一种采用上述平面串联磁路的电-机-声换能器，该换能器换能效率高，功能多、体积小。

本发明的平面串联磁路，包括：

由导磁板、导磁板上部叠置的第一磁体、第一极板组成第一磁场形成部；与第一磁场形成部共用的导磁板、导磁板上叠置的第二磁体、第二极板组成第二磁场形成部；第二磁场形成部设置于第一磁场形成部的外围并设有规定的磁间隙；第一磁体与第二磁体极性相反。

所述的第二磁体的截面形状为中空形，第二极板的截面形状与第二磁体相配合。

所述的第二磁体的截面形状为环形、方形、多边形中的任何一种。

一种采用上述平面串联磁路的电-机-声换能器，包括导磁板，导磁板上带有盖板，由导磁板、导磁板上部叠置的第一磁体、第一极板组成第一磁场形成部；与第一磁场形成部共用的导磁板、导磁板上叠置的第二磁体、第二极板组成第二磁场形成部；第二磁场形成部设置于第一磁场形成部的外围并设有规定的磁间隙；第一磁体与第二磁体极性相反；导磁板上设有振动膜，振动膜上带有伸入磁间隙的线圈，线圈引出的导线与附件的接线板相连接。

所述的导磁板平面设置，或呈碗状。

所述的第一极板的高度与第二极板的高度在同一层面上。

平面串联磁路构成的磁路如图5所示，其工作原理如图6所示：第一磁体的N极发出的磁力线，通过极板穿过磁间隙，经过第二极板到达第二磁体的S极，由第二磁体的N极发出的磁力线通过导磁板，到达第一磁体的S极，通过极板穿过磁间隙。第一磁场形成部的磁力线与第二磁场形成部的磁力线迭加，并形成如图所示的闭合磁路。

本发明的磁路比普通外磁磁路的漏磁小。因为平面串联磁路的两个磁体极性相反，一个磁体的N极与另一个磁体的S极通过导磁板、极板相互吸引，共同构成闭合磁路，磁通不易发散，故漏磁比较小。同时本发明的第一磁体和第二磁体由于极性相反，所发出的磁力线，相互迭加，增强了磁间隙中的磁场强度，为提高电-机-声换能器的转换效率奠定了基础。

平面串联磁路电-机-声换能器的基本工作原理是：当接线板两端输入交流电信号时，交流电信号由引出导线导入，在线圈中流动，线圈就会受到磁场的作用力，从而带动振动板产生振动、发出声音。反之，振动板受到振动或声音的激励时，与之相连的线圈在磁场中随之运动，线圈切割磁力线产生感应电动势，输到接线板两端，这样就完成了机、电、声或机、电之间的相互转换。由于本发明磁间隙之中的磁场是由第一磁体和第二磁体发出的磁力线迭加而成，因而其磁场强度大大加强。在相同条件下，产生的驱动力或声音会更大，或者产生感应电动势更高。也就是说，本发明换能器的转换效率比传统换能器的效率高。

本发明磁路是内磁型和外磁型磁路的结合，充分利用空间，提高了磁体的估空比，故大大提高了磁路的效率，从而提高应用该平面串联磁路的电、机、声换能装置的转换效率，也就是说提高了灵敏度。本发明具体的效果是：

1.本发明的磁路设计紧凑，体积小，磁间隙内磁场强度高。

2.采用本发明平面串联磁路制作的电-机-声换能器件，与外形基本相当的现有微型电-机-声换能器相比，其发声效率要高3-6dB，耗能要省50％-70％以上。

3.采用本发明平面串联磁路制作的电-机-声换能器件，可节省空间或缩小其体积。

4.采用本发明平面串联磁路制作的电-机-声换能器件，其结构设计有更大的灵活性，例如线圈的大小、安装膜片或板上的位置有更多的选择，有利于设计换能器的频率特性、展宽频带、改善性能。

5.采用本发明平面串联磁路可降低对磁体物理性能如磁能积(BH)、矫顽力(Hc)的要求。

6.采用本发明平面串联磁路，工作间隙可以加大，以利于提高产品合格率、提高承受功率。

7.采用本发明平面串联磁路，可以省略导磁极板，节省材料、降低高度。

                       附图说明

图1是传统的外磁磁路示意图；

图2是采用传统外磁磁路的电-机-声转换器基本结构示意图；

图3是传统的内磁磁路示意图；

图4是采用传统内磁磁路的电-机-声转换器基本结构示意图；

图5是本发明平面串联磁路示意图；

图6是本发明平面串联磁路的原理图；

图7是本发明电-机-声换能器的结构剖面示意图；

                         具体实施方式

如图5，本发明的平面串联磁路，由导磁板18、导磁板18上部叠置的第一磁体32、第一极板31组成第一磁场形成部30；与第一磁场形成部30共用的导磁板18、导磁板18上叠置的第二磁体21、第二极板22组成第二磁场形成部20；第二磁场形成部20设置于第一磁场形成部30的外围并设有规定的磁间隙23；第一磁体32与第二磁体21极性相反。

第二磁体21的截面形状为中空形，如环形、方形、多边形等，第二极板22的截面形状与第二磁体21相配合，大小相当，叠置在第二磁体21上。

如图7，一种采用上述平面串联磁路的电-机-声换能器，包括导磁板18，导磁板18上带有盖板26，由导磁板18、导磁板18上部叠置的第一磁体32、第一极板31组成第一磁场形成部30；与第一磁场形成部30共用的导磁板18、导磁板18上叠置的第二磁体21、第二极板22组成第二磁场形成部20；第二磁场形成部20设置于第一磁场形成部30的外围并设有规定的磁间隙23；第一磁体32与第二磁体21极性相反；导磁板18上设有振动膜25，振动膜25上带有伸入磁间隙23的线圈24，线圈24引出的导线与附件27的接线板28相连接。

该电-机-声换能器可用于制作的各种电、机或机、电转换装置，电、声或声、电转换装置如振动子、工具等。

该电-机-声换能器可用于制作的各种电、机、声转换装置，送、受话器、扬声器、耳机、传声器、蜂鸣器等。

导磁板18可按实际需要设计各种形状，如平面的、碗状的等。当导磁板18呈碗状时，可增强转换装置的防抗干扰性。

第一极板31与第二极板22的高度可按实际需要设计，当第一极板31的高度与第二极板22的高度在同一层面上时，转换装置的转换灵敏度最高。

根据本发明的平面串联磁路及电-机-声换能器制成扬声器，进行测试，测试数据如下：

(一)φ15毫米，厚度3.5毫米扬声器的磁路

A.与普通内磁磁路作比较。实测普通内磁磁路的磁通量为2.18×10^-2mwb/匝，实测得平面串联磁路的磁通量为3.55×10^-2mwb/匝，比普通内磁磁路的磁通量提高了62.8％，即采用本发明平面串联磁路的扬声器，比相同尺寸的普通内磁磁路扬声器的灵敏度要提高4.2dB，能耗将降低62.8％。

B.与普通外磁磁路作比较。实测普通外磁磁路的磁通量为2.34×10^-2mwb/匝，实测得平面串联磁路的磁通量为3.49×10^-2mwb/匝，比普通内磁磁路的磁通量提高了49.1％，即采用本发明平面串联磁路的扬声器，比相同尺寸的普通内磁磁路扬声器的灵敏度要提高3dB，能耗将降低49.1％。

C.漏磁情况测试在不额外增加磁屏蔽的情况下，实测得普通外磁磁路T铁面的漏磁为95.1mT，实测得尺寸大小基本相当的四只普通内磁磁路背面的漏磁在25.8到69.2mT之间，而实测得平面串联磁路背面的漏磁为42mT，可见其漏磁远远低于普通外磁磁路，与漏磁较小的普通内磁磁路基本相当。

(二)φ13毫米，厚度2.8毫米受话器的磁路

普通内磁磁路的磁通量实测为1.17×10^-2mwb/匝。平面串联磁路的磁通量为2.15×10^-2mwb/匝，为普通内磁磁路的1.84倍，也就是说，φ13毫米，厚度2.8毫米的平面串联磁路受话器，比相同尺寸的普通内磁磁路受话器的灵敏度要提高5.3dB。

本发明实施例仅仅公开了一种串联磁体构成的平面的对称的磁路的最优化方案，本领域的普通的技术熟练人员会认识到，在本发明原理基础上，可作某些修改。

Claims (4)

1.一种平面串联磁路的电—机—声换能器，包括导磁板(18)，导磁板(18)上带有盖板(26)，其特征在于：由导磁板(18)、导磁板(18)上部叠置的第一磁体(32)、第一极板(31)组成第一磁场形成部(30)；与第一磁场形成部(30)共用的导磁板(18)、导磁板(18)上叠置的第二磁体(21)、第二极板(22)组成第二磁场形成部(20)；第二磁场形成部(20)设置于第一磁场形成部(30)的外围并设有规定的磁间隙(23)；第一磁体(32)与第二磁体(21)极性相反；所述的导磁板(18)呈碗状；导磁板(18)上设有振动膜(25)，振动膜(25)上带有伸入磁间隙(23)的线圈(24)，线圈(24)引出的导线与附件(27)的接线板(28)相连接。

2.按权利要求1所述的电—机—声换能器，其特征在于：所述的第二磁体(21)的截面形状为中空形，第二极板(22)的截面形状与第二磁体(21)相配合。

3.按权利要求1所述的电—机—声换能器，其特征在于：所述的第二磁体(21)的截面形状为环形、方形、多边形中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的电—机—声换能器，其特征在于：所述的第一极板(31)的高度与第二极板(22)的高度在同一平面上。

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