CN1321294A - 电磁式电声换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁式电声换能器,用于产生移动电话等的呼叫声。由硬磁性材料和软磁性材料形成树脂磁铁11,可利用软磁性材料配合比例的不同,改变磁隙内的磁通密度,很容易地设定最低谐振频率,同时通过该软磁性材料提高树脂磁铁11的导磁率,实现高的磁通密度、小型化,并可提高作用于振动板的驱动力,实现高声压化。

Description

电磁式电声换能器
技术领域
本发明涉及一种电磁式电声换能器，用于产生移动电话等的呼叫声。
背景技术
参照图5说明目前的电磁式电声换能器。该图(a)是俯视图，该图(b)是剖面图。
现有例中的电磁式电声换能器包括：第一振动板100；固定在第一振动板100中央的磁性体即第二振动板101；配置在与第二振动板101相对的位置的中心极103；卷绕在中心极103周围的线圈104；位于线圈104外周的环状树脂磁铁105；与中心极103相接或一体的轭106；在周围支承第一振动板100的圆筒形框体107。就前述结构形成的电磁式电声换能器说明其工作。在电流没有流过线圈104的初始状态中，由树脂磁铁105、第二振动板101、中心极103、轭106形成磁路，第二振动板101被吸引在树脂磁铁105和中心极103侧，第一振动板100产生变形并位移到与其弹力相等的地方。
其次，在线圈104流过交流电时，利用将线圈104作为磁通势的磁路，产生交流磁场。该磁路内的磁通密度由交流磁场的强度、和该磁路内的磁阻决定。这时的磁阻大致是由第二振动板101和中心极103之间的磁隙产生的磁阻、由第二振动板101和树脂磁铁105之间的磁隙产生的磁阻、和树脂磁铁105的磁阻的合成磁阻。树脂磁铁105的相对导磁率，和空气的一样很低，大致是1，磁阻高。
利用该磁通密度的变化在第二振动板101上产生交流驱动力。其结果是：利用由树脂磁铁105产生的静吸引力、和由交流电产生的交流驱动力的变化，第二振动板101和被固定的第一振动板100一起，从初始状态变动，其振动作为声音发射出来。
上述树脂磁铁105是由：硬质铁氧体磁性材料和尼龙6、尼龙12之类的聚酰胺树脂、低分子橡胶系列等形成的复合材料。也就是说，现有例的树脂磁铁105是采用硬质磁性材料和树脂的复合材料。
另外电磁式电声换能器为了在移动电话等上使用，必须体型小，且需要交流驱动力的较高的声压，所以要提高第一振动板100和第二振动板101的机械共振系的谐振锐度Q，使其机械共振系的最低谐振频率和再生频率接近。
另外其机械共振系的最低谐振频率由第一振动板100和第二振动板101的有效质量和第一振动板100的稳定性决定，但是，该第一振动板100的稳定性，不仅受其材料的弹性模量、材料厚度的影响，还受由树脂磁铁105及中心极103的静吸引力产生变形的形状的影响。
在上述现有电磁式电声换能器中，
1：为了根据再生频率而改变机械系的最低谐振频率，必须改变机械共振系的有效质量和稳定性，因此，为了改变第一振动板100的材料厚度、及改变第二振动板101材料厚度及改变直径，或改变静吸引力，必须改变第二振动板101和中心极103之间的磁隙。上述第二振动板101的材料厚度及直径的变更等，使磁阻变化和有效质量的变化、振动方式的变化等、各种机械系参数的变化相互影响，变更到期望的特性很烦杂。
2：由于机械共振系的谐振锐度Q高，所以对于最低谐振频率的声压的判定系数非常高，由于磁隙的微小变化和振动板材料厚度的微小变化，使声压的偏差很大。
但是为使谐振锐度Q降低，必须使振动系质量轻量化或驱动力(功率系数)增加，但是振动系质量的轻量化，会使磁性体即第二振动板101体积变小，所以形成磁饱和和磁阻的增加，使功率系数下降。
另外为了使功率系数增加，就必须增加直流磁通密度或增加交流磁通密度，为了增加直流磁通，就必须使磁铁的磁场能量增大和将振动板大型化等，会带来尺寸的大型化与振动系质量的增加。
为了增加交流磁通，就必须使磁阻下降，但是目前的树脂磁铁105导磁率低，磁阻降低是困难的，另外可以考虑使磁隙变小，但振动板的振幅界限就变小了。
因此，为了获得所需特性的电磁式电声换能器必须解决上述的复杂状况。
发明的概述
本发明是为了解决上述问题而开发的，其目的在于，提供一种电磁式电声换能器，可低成本调节机械系的最低谐振频率，并且具有高声压且声压波动小。
本发明的第一方面的电磁式电声换能器包括：第一振动板；第二振动板，由固定在该第一振动板中央的比上述第一振动板小的磁性体形成；中心极，与该第二振动板中央相对，通过磁隙设置在下方；卷绕在该中心极周围的线圈；环状的树脂磁铁；连接在上述中心极、及上述线圈和上述树脂磁铁下部而配置的轭。这里，上述树脂磁铁的磁性粉末由硬磁性体粉末材料及软磁性体粉末材料组成，利用其配合比例，调节磁通密度和导磁率，可以很容易地进行最低谐振频率和声压的设定。
本发明的第二方面，利用注射成型对第一方面的树脂磁铁进行磁场定向成型，在磁化树脂磁铁内的硬磁性材料时，提高磁场能量，并且和软磁性材料配合，制作高磁通密度、高导磁率的树脂磁铁。
本发明的第三方面，使第一方面的树脂磁铁中的硬磁性材料，由铁氧体类磁性材料及稀土类磁性材料共同组成。由铁氧体及稀土类磁性材料共同组成树脂磁铁，可以获得更高的磁通密度，提供更优良的电磁式电声换能器。
本发明的第四方面，在第一实施例的树脂磁铁中，总磁性体重量占树脂磁铁重量的85％～92％，可以制造成型性及磁特性优良的树脂磁铁，其结果可提供优良的电磁式电声换能器。
本发明的第五方面，在第一方面的电磁式电声换能器的树脂磁铁上面，配置了环状磁性板，该环状磁性板的内径比第二振动板外径小。利用该结构，能够进一步降低磁阻，所以能够获得更高的磁通密度，其结果是，可以提高软磁性材料的配合比例，扩大最低谐振频率和声压的调节范围。
本发明的第六方面的电磁式电声换能器，在第一方面到第五方面所述的电磁式电声换能器的树脂磁铁中，软磁性材料的重量比例占15％～30％，采用具有实用的磁通密度和高导磁率的优良的磁铁。
本发明第七方面提供一种电磁式电声换能器，它包括：第一振动板；第二振动板，由固定在该第一振动板中央的比上述第一振动板小的磁性体形成；中心极，与该第二振动板中央相对，介由磁隙设置在下方；卷绕在该中心极外周的线圈；配置在该线圈外侧的环状磁铁；与上述中心极、上述线圈、和上述磁铁的下部相连接而配置的轭；环状磁性板，配置在上述磁铁上面，其内径比第二振动板外径小、并且使从所述第二振动板来的磁通大致垂直大进入。磁铁的磁通形成通过轭、中心极、第二振动板、磁性板而回到磁铁的磁路，通过磁性板，使磁阻减小，磁通密度提高，使朝向第二振动板的吸引力基本达到最大，提高磁效率。
附图的简单说明如下：
图1是本发明的电磁式电声换能器一实施例的剖面图，图2是成形在本发明的电磁式电声换能器上使用的树脂磁铁成形装置的剖面图，图3是与在树脂磁铁的软磁性材料的配合比例相对应的树脂磁铁磁场能量、电感、最低谐振频率的变化特性图，图4是本发明的电磁式电声换能器的展开例的剖面图，图5是现有电磁式电声换能器的俯视图(a)及剖面图(b)。
用于实施发明的最佳形式
以下用图1-图4说明本发明的实施例。
图1是本发明一实施例的电磁式电声换能器的剖面图，图2是树脂磁铁成型装置剖面图，该树脂磁铁是本发明一实施例的电磁式电声换能器的主要部分，图3是与树脂磁铁的软、硬磁性材料的配合比例相对应的树脂磁铁磁场能量、电感、最低谐振频率的变化特性图，图4是本发明实施例1中的电磁式电声换能器的剖面图。
本发明的实施例与现有技术的不同点在于树脂磁铁的结构和磁性板，以下说明该不同点。
如图1所示，树脂磁铁11是将软磁性材料和硬磁性材料配合，利用树脂成型一体化，通过磁化而形成的。
另外，硬磁性材料一般来说是不易受外界磁场的影响的磁性材料，作为本实施例采用Sr(锶)铁氧体。铁氧体类磁性粉体在进行后述的磁场定向注射成型时，可以提高磁通密度。
软磁性材料一般来说是容易受外界磁场影响的磁性材料，在本实施例中采用Mg、Zn铁氧体。Mg、Zn铁氧体以数μm的粒径尺寸，可得到复合化容易、并且导磁率高的软磁性材料。
作为成形树脂，尼龙6及尼龙12等聚酰胺树脂在磁场定向注射成型时，具有高的定向效率，所以被采用。
另外，在将总磁性粉体的重量比设定为85％～92％，剩余部分采用成型树脂时，从成型性和磁特性考虑是适当的。
标号14是磁性板，通过在树脂磁铁11上嵌入成型，与树脂磁铁11配置为一体。由图1也可明白，该磁性板14的内径小于第二振动板101的外径。
因此，树脂磁铁11的磁通形成通过轭106、中心极103、第二振动板101、磁性板14回到树脂磁铁11的磁路，通过磁性板14，能够降低磁阻，提高磁通密度。另外，虽然磁性板14的内径比第二振动板101的外径小，但如果该内经过小，则第二振动板101和磁性板14之间的磁路就会扩散，或者，严重时，中心极103和磁性板14之间的磁路变得不可忽视，向中心极103吸引第二振动板101的磁力减弱。因此，该磁性板14的内径设定为第二振动板101和磁性板14之间的磁通不扩散而大致形成垂直的位置(朝向第二振动板101的吸引力大致最大的位置)。
另外，磁性板14利用嵌入成型，与树脂磁铁11一体化，所以通过框体107，确定与第二振动板101的位置关系，制造上的偏差也很小，向第二振动板101的吸引力稳定，结果是，也具有抑制电磁式电声换能器声压的不稳定的效果。
其次，图2是制作树脂磁铁11的成型装置，成型金属模具5在厚度方向具有使磁特性定向的磁性材料3和非磁性材料4，定向用树脂磁铁2配置在该成型金属模具5内，在其腔6充填由树脂、硬磁性粉体、软磁性粉体构成的配合材料，并进行加热、注射成型，得到树脂磁铁。(这时，如上所述，磁性板14装入金属模具5内而一体成型)。
图3是表示作为树脂磁铁11的软磁性材料的Mg、Zn铁氧体，其配合比例变化时的树脂磁铁磁场能量变化、电感变化、最低谐振频率变化的图。另外，由于树脂磁铁的导磁率难于直接测定，故将导磁率用电感代替(具有电感增加时导磁率增加，电感减少时导磁率也减少的倾向)。由本图可知，通过增加软磁性材料配合比例，树脂磁铁磁场能量(BHmax)减少，最低谐振频率(f0)降低，电感增加(磁阻减小，导磁率增加)。
另外，电磁式电声换能器是小型的，大小约为12mm见方，再生频率的目标值是2.5KHz～3.5KHz，因此使用上也可确认，软磁性材料占树脂磁铁11的配合比例为15％～30％。
即，可判明，软磁性材料的配合比例不足15％时，不能得到充分的导磁率；而超过30％时，磁通密度降低，最低谐振频率也变得过低。
因此，通过使软磁性材料的比例变化，可使静吸引力连续变化，能容易地改变最低谐振频率。另外，利用软磁性材料的配合，可以提高树脂磁铁11的导磁率，降低树脂磁铁11的磁阻，因此可以提高相对于交流磁场的磁通密度，提高作用于振动板的驱动力。
另外，通过进一步设置磁性板14，可减小磁阻，提高磁通密度，实现声音高音化。
图4是本实施例的展开例，与图1的电磁式电声换能器同样采用将硬磁性材料及软磁性材料配合而成的树脂磁铁11a，不同点是不具有磁性板14。与图1的电磁式电声换能器相比，由于没有磁性板14，就没有希望减小第二振动板101与树脂磁铁之间的磁阻，但是通过硬磁性材料及软磁性材料配合形成的树脂磁铁11a，最低谐振频率的设定容易，且可以谋求高音化，同时可以实现低成本化。
另外在上述实施例中，是说明硬磁性(粉体)材料使用了Sr铁氧化的情况，但是通过采用稀土类磁性材料与Sr铁氧体的共存组成，与单独利用Sr铁氧体相比，可以得到高磁通密度的树脂磁铁。另外作为稀土类磁性材料，采用Nd-Fe-B(钕-铁-硼)磁性材料等的纳米复合材料。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明可以提供一种电磁式电声换能器，树脂磁铁的磁性体材料由硬磁性材料和软磁性材及树脂复合化而成，具有高导磁率，根据软磁性材料配合比例不同，磁通密度可连续改变，最低谐振频率的设定容易，而且具有高声压，高压波动小。

Claims (7)

1、一种电磁式电声换能器，包括：第一振动板；第二振动板，由固定在该第一振动板中央的比所述第一振动板小的磁性体形成；中心极，通过磁隙设置在该第二振动板中央下方；卷绕在该中心极周围的线圈；环状的树脂磁铁；连接在所述中心极及所述线圈和所述树脂磁铁下部而配置的轭，其中，所述树脂磁铁，由硬磁性体粉末材料及软磁性体粉末材料组成，利用其配合比例的不同，调节磁通密度和导磁率，可以很容易地进行最低谐振频率和声压的设定。
2、如权力要求书1所述的电磁式电声换能器，其中，树脂磁铁是利用注射成形而磁场定向成形的。
3、如权力要求书1所述的电磁式电声换能器，其中，树脂磁铁的硬磁铁材料是铁氧体系磁性材料与稀土类磁性材料共存而组成的。
4、如权力要求书1所述的电磁式电声换能器，其中，树脂磁铁的总磁性粉体的重量比例占85％～92％。
5、如权力要求书1～4任一项所述的电磁式电声换能器，其中，在树脂磁铁上面配置了环状磁性板，该环状磁性板具有比第二振动板的外经小的内径。
6、权力要求书1～5任一项所述的电磁式电声换能器，其中，树脂磁铁的软磁性粉体材料的重量比例占15％～30％。
7、一种电磁式电声换能器，配置有：第一振动板；第二振动板，由固定在该第一振动板中央的比第一振动板小的磁性板组成；中心极，通过磁隙设置在第二振动板的中央下方；卷绕在该中心极周围的线圈；配置在该线圈外侧的环状磁铁；连接在所述中心极与所述线圈及所述磁铁的下部而配置的轭；环状磁性板，配置在所述磁铁的上面，具有比第二振动板的外径小而且使从所述第二振动板来的磁通大致垂直进入的内径。
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