CN1347256A - 电磁换能器及便携式通信装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁换能器,包括一磁部件;用于将磁部件支持在其中心部分的一悬挂;连接至该悬挂的一膜片;用于在该磁部件上产生磁通量的一磁铁;和用于在该磁部件上产生交变磁通量的一线圈。

Description

电磁换能器及便携式通信装置

发明领域

本发明涉及一种用于便携式通信装置，例如蜂窝电话或寻呼机中的电磁型的电声换能器，用于响应于一接收的呼叫而再现一报警声或旋律声并用于再现话音等，和一包括有该电磁型电声换能器的一便携式通信装置。

发明背景

图9A和9B是一电磁型的常规电声换能器(以下称之为电磁换能器)2000的平面和截面视图。

该常规的电磁换能器2000包括一圆柱形壳体107和一被配置以使覆盖该壳体107的底面的盘形轭106。在轭106的中央部分设置有形成轭106的主要部分的中心极103。一线圈104缠绕在中心极103上。与线圈104的外周边相间隔地设置有一环形磁铁105，在线圈104和围绕线圈104的整个周边的环形磁铁105的内周边之间保持一适当的空隙。磁铁105的外周表面被邻接在壳体107的内周表面上。壳体107的上端支持一盘形膜片100以使在第一膜片100和磁铁105，线圈104及中心极103之间有一适当的间隙。在膜片100上设置有一磁部件101以使与膜片100相连接。

现在，描述上述常规的电磁换能器2000的操作。

在没有电流流过线圈104的初始状态下，由磁铁105、磁部件101、中心极103和轭106形成一磁路。结果，磁部件101被吸向磁铁105和中心极103，直至达到与膜片100的弹力相平衡的点。如果一交变电流流过处于此初始状态下的线圈104时，在上述磁路中生成一交变磁场，以使在磁部件101上产生一驱动力。在磁部件101上产生的这样一驱动力致使磁部件101，还有固定的膜片100从其初始状态发生位移，原因在于与由磁铁105生成的吸引力和该驱动力的相互作用。由这样的位移导致的振动发出声音。

由一电磁换能器再现的频带的下限通常取决于一振动系统的最小谐振频率。这里所用的振动系统是指在一电磁换能器中所包括的实际地发生振动以发出声音的一组元件。在该常规的电磁换能器2000中，该最小谐振频率不能被减小到可再现例如音频信号的一低频信号的水平。原因在后面将进行描述。

该电磁换能器2000的最小谐振频率取决于作为该膜片100的弹力和由磁铁105在该磁部件101上生成的一吸引力之间的差的一振动系统的刚性。

图10示出了该膜片100的力一位移特性曲线和该磁铁105在该磁部件101上生成的吸引力之间的关系。在图10中，垂直轴表示力而水平轴表示膜片100的位移。指示膜片100的力一位移特性的曲线和指示由磁铁105在磁部件101上生成的吸引力的曲线之间的交叉点A代表膜片100的弹力与该吸引力相平衡的一点。该最小谐振频率取决于在该交叉点A被认为是原点时该膜片100的弹力和吸引力之间的差。

为了减小该最小谐振频率，需要减小膜片100的弹性常数。然而，当膜片100的弹性常数过小时(即没有交叉点A)，磁部件101还有膜片100被中心极103捕获。因此，由于该弹性常数必须在存在交叉点A的范围内，可能最小的谐振频率受到限制。由于这样的约束，该常规的电磁换能器2000的最小谐振频率通常约为2.5kHz或更大。因此，该常规的电磁换能器2000不能再现例如音频信号的一低频信号。

发明内容

根据本发明的一方面，一种电磁换能器包括一磁部件；用于将磁部件支持在其中央的一悬挂；连接至该悬挂的一膜片；用于在该磁部件上产生磁通量的一磁铁；和用于在该磁部件上产生交变磁通量的一线圈。

在本发明的一实施例中，在振动方向上该悬挂的刚性大于该膜片的刚性。

在本发明的一实施例中，该电磁换能器还包括设置在该线圈的内周边处的一中心极，和设置在相对于该膜片的该线圈的一侧的一轭。该磁铁围绕该线圈。

在本发明的一实施例中，该膜片包括一树脂。

在本发明的一实施例中，该悬挂包括一金属。

在本发明的一实施例中，该悬挂包括一非磁材料。

在本发明的一实施例中，该电磁换能器还包括设置在该磁铁和该膜片之间的一薄磁板。

在本发明的一实施例中，在该磁部件的一中央部分设置有一开口。

在本发明的一实施例中，该电磁换能器还包括用于覆盖该开口的一盖。

根据本发明的另一方面，一种电磁换能器包括一磁部件；用于将磁部件支持在其中央的一悬挂；连接至该悬挂的一膜片；与该膜片相对的一轭；设置在该轭的膜片侧的一中心极；围绕该中心极的一线圈；和围绕该线圈的一磁铁。在各磁部件和悬挂中设置有一开口，该中心极被整形以使被插入这些开口中，及该中心极的上面被定位高于或等于该磁部件的底面。

在本发明的一实施例中，该悬挂和该磁部件被集成在一起。

在本发明的一实施例中，该膜片的外周边和该悬挂的外周边被定位在同一平面上。

根据本发明的另一方面，一种便携式通信装置包括上述电磁换能器。

这样，在此描述的本发明具有以下优点：(1)提供了具有令人满意的可再现低频信号例如音频信号的声学特性的一种电磁换能器；及(2)提供了一种包括该换能器的便携式通信装置。

通过以下结合附图进行的详细描述，本发明的以上及其他优点将变得显然。

图1是根据本发明的例1的电磁换能器的示意图。

图2是例1的电磁换能器中的一磁部件的示意图。

图3是例1的电磁换能器中的一悬挂的示意图。

图4是根据本发明的例2的电磁换能器的示意图。

图5A至5C分别是例2的电磁换能器中的磁部件、悬挂和膜片的示意图。

图6是根据本发明的例3的电磁换能器的示意图。

图7是例3的电磁换能器中的一悬挂的示意图。

图8A是根据本发明的例4的一便携式通信终端的示意图。

图8B是图8A的便携式通信终端的内部结构的方框图。

图9A和9B是一常规的电磁换能器的示意图。

图10是在图9A和9B的常规的电磁换能器中的一膜片的应力一位移特性曲线，和由一磁铁在一磁部件上生成的吸引力的关系图。

实现本发明的最佳方式

以下将参附图通过说明性的例子对本发明进行描述。(例1)

将参照图1、2和3对根据本发明的例1的电磁换能器1000进行说明。

图1是电磁换能器1000的截面视图。该电磁换能器1000包括一盘形轭6、围绕该盘形轭6的一圆柱形壳体7、设置在该轭6的中心部分的一中心极3、缠绕在该中心极上的一线圈4、与线圈4的外周边间隔开的一环形磁铁5、由壳体7支持以能够振动的一悬挂1、设置在悬挂1的中心部分中的一磁部件2、设置在壳体7上的一圆柱形隔片10、和由隔片10支持以能够振动的一膜片9。

膜片9的中心部分与悬挂1连接。在线圈4和围绕其整个圆周的环形磁铁5的内周边之间保持一适当的间隔。而且，在磁铁5的外周边和围绕其整个圆周的壳体7的内周边之间保持一适当的间隔。在悬挂1、线圈4、中心极3和磁铁5之间保持一适当的间隔。在壳体7的底面上设置有用于释放出膜片9和轭6之间的空气的多个空气孔8以使减少膜片9上的声负载。

图2是电磁换能器1000的平面视图，示出磁部件2为盘形。图3是电磁换能器1000的悬挂1的平面视图。如图1和3所示，悬挂1包括一中心部分31，一磁部件2设置在该中心部分31上；由壳体7支持的一外周边部分32；和多个连接在该中心部分31和该外周边部分32之间的多个径向部分33。如图1所示，膜片9是具有一下滚筒形(downroll)周边的圆锥形。在振动方向上悬挂1的刚性大于膜片9的刚性。

在例1中，悬挂1、磁部件2和膜片9的材料分别为不锈钢、坡莫镍铁合金和PEN(聚萘二甲酸乙二酯-Poly EthyleneNaphthalate)。

下面将描述上述电磁换能器1000的操作。

在没有电流流过线圈4的初始状态下，由磁铁5、磁部件2、中心极3和轭6形成一磁路。由于该磁路，在磁部件2上作用一向下的吸引力，以使悬挂1连同磁部件2一起向下位移。而且连接至悬挂1的膜片9被向下位移。在此情况下，当一交变电流流过线圈4且因此生成一交变磁场时，在磁部件2上产生一驱动力。在磁部件2上产生的这样一驱动力致使磁部件2以及悬挂1和膜片9被移离其初始状态。由膜片9的这样的位移导致的振动发出声音。

在电磁换能器1000中，振动方向30上的悬挂1的刚性大于膜片9的刚性。例如，电磁换能器1000被设计成使振动方向30上的悬挂1的刚性是膜片9的刚性的七倍。由于悬挂1的刚性较大，其上总是作用有吸引力的磁部件2基本上由悬挂1支持。与常规的电磁换能器2000不同的是，膜片9不需要支持磁部件2。

因此，膜片9的形状可被设计成不考虑由膜片9支持磁部件2。结果，当膜片9受到很大振动时，相比于常规的膜片，膜片9的刚性实际上不大。因此，最小的谐振频率可被减小(例如700至800Hz)，从而使得可能再现例如音频信号的一低频信号。

而且，当膜片9的直径是例如15mm时，相比于考虑由膜片9支持磁铁2时设计的膜片9，膜片9被实际振动的有效半径可被增大10％或更大。因此，再现的声压可被提高。

在电磁换能器1000中，悬挂1不需要扮演发声的角色，这样悬挂1被设计成仅支持磁部件2。因此，悬挂1可使用如图3所示的一平板被实现，以使相比于在常规的电磁换能器中，一膜片被形成以支持一磁部件的情况，元件可被更加精确地制造，导致产品性能较少地发生变化。由于悬挂1的弹力被设计得大于吸引力，即使膜片9的弹力较小，磁部件2也不会被中心极3捕获。

由于在磁部件2上总是作用有吸引力，用于悬挂1的金属材料，例如不锈钢，基本上不会随时间改变。当金属材料，例如不锈钢被用于实际上支持磁部件2的悬挂1时，可获得具有实际上不会随时间改变的耐久性的电磁换能器。

而且，当悬挂1由非金属材料或弱金属材料制成时，悬挂1基本上不受磁铁5的吸引力的影响。因此，在此情况下，悬挂1的形状可被容易地设计。

由于膜片9不需要支持磁部件2，用于期望的声学特性的膜片9的形状的设计是容易实现的。如上所述，可减少取决于振幅的膜片9的刚性的改变，以使可再现例如音频信号的低频信号。另外，膜片9的变形可被减少。而且，膜片9的相对于输入电压的振幅特性的平坦度可被改善。这样，膜片9可被自由地设计以使获得令人满意的声学特性。例如PEN的树脂材料被容易进行处理和整形。因此，当膜片9由树脂材料例如PEN制成时，容易设计膜片9以具有令人满意的声学特性。

在例1中，悬挂1由不锈钢制成且膜片9由PEN制成。本发明并不限于此。例如，如果考虑到热阻，悬挂1和膜片9可都由金属材料制成，或者分别由金属材料和热阻树脂材料制成。可替换地，尽管悬挂1由非磁材料制成，也可使用磁性材料以加强驱动力。而且根据悬挂1和磁部件2之间的面接，悬挂1可由与磁部件2的材料相同的坡莫镍铁合金制成。

在例1中，悬挂1具有三个在径向上延伸的臂。悬挂1可以是蝶形的形状或其他形状。而且，尽管膜片9在形状上是圆锥形，膜片9可以是圆顶形或其他形状。(例2)

将参照图4和5对根据本发明的例2的电磁换能器1100进行说明。

图4是电磁换能器1100的截面视图。该电磁换能器1100包括与图1的电磁换能器1000相同的一线圈4、一轭6、一壳体7、一空气孔8和一隔片10。

图5A、5B和5C是电磁换能器1100的元件的平面视图。如图所示，该电磁换能器1100还包括一环形磁部件12，其中心部分设置有一开口；一悬挂11；一膜片19；一中心极13，该中心极13具有一形状以使可被插入该开口中；一覆盖该开口的盖20；具有中空部分的一薄磁板15。该中心极13的上面被定位得高于或等于磁部件12的底面。

膜片19由是如例1中的非磁性材料的树脂材料PEN制成，悬挂11由是磁性材料的坡莫镍铁合金制成。

下面将描述上述电磁换能器1100的操作。

在没有电流流过线圈4的初始状态下，由磁铁25、薄磁板15、磁部件12、中心极13和轭6形成一磁路。结果，在磁部件12生成一吸引力。如果一交变电流流过线圈4，除了该吸引力外，在磁部件2上产生一驱动力以使膜片19被振动。

在例2中，该薄磁板15被设置在磁铁25上。因此，该磁路中的磁通量可被有效地传送入磁部件12，以使整个磁路的磁阻可被减小。因此，磁部件12中的磁通密度较大，以使在磁部件12上生成的驱动力也较大，从而使得可能改善声压。

而且，在例2中，中心极13基本上被定位得与磁部件12一样高。因此，当中心极13被传送过磁部件12的中心时，磁部件12被振动。由于中心极13和磁部件12位于同一平面上，相比于常规的装置，既使随着振幅增大，磁铁25和磁部件12之间的间隙被增大，磁部件12和中心极13之间的磁隙被保持得较窄。因此，整个磁路的磁阻较小。因此，相比于图9的常规的电磁换能器1100，驱动力可被提高。结果，可保证用于足够的声压的驱动力，既使磁铁25和磁部件12之间的间隙较大以使振幅范围可被提高。采用环形磁部件12、悬挂11和膜片19，振动系统的重量可以较轻，以使声压可被提高。

在例2中，通过磁部件12、悬挂11和膜片19的开口被盖20覆盖以使基本上完全阻断声音从中心极13和磁部件12之间的间隙发出声音。然而，当由于该间隙与空气孔8之间的关系，可基本阻断从该间隙发出声音，因此，盖20可不需要。尽管在例2中，盖20是一单独的部件，盖20可与膜片19集成在一起。

在例2中，薄磁板15被设置在磁铁25上。然而，当仅通过一磁铁获得一足够的驱动力时，或当对于薄磁板15没有足够的空间时，可不设置薄磁板15。

尽管在例2中，如图4所示，中心极13的直径是恒定的，中心极13的直径可在高度方向上被改变。例如，当在朝向轭6的方向上该直径被减小时，磁部件12和中心极13之间的磁隙随着磁部件12被向下位移而被增大。因此，由于磁部件12的磁饱和所造成的驱动力的减小可被抑制。(例3)

将参照图6和7对根据本发明的例3的电磁换能器1200进行说明。

图6是电磁换能器1200的截面视图。该电磁换能器1200包括与图4的例2中的电磁换能器1100相同的一线圈4、一轭6、一空气孔8、一中心极13、一薄磁板15和一磁铁25。

图7是电磁换能器1200的悬挂21的平面视图。参见图6和7，该电磁换能器1200还包括其中集成有一磁部件12’的一悬挂21；通过其周边支持该悬挂21的一圆柱形壳体27；和作为盖20’的集成部分的一膜片29。该膜片29的外周边基本上与悬挂21的外周边相同，以使膜片29的外周边与在同一平面上的悬挂21的外周边匹配。

膜片29由是如例1中的树脂材料PEN制成，而其中集成有磁部件12’的悬挂21由坡莫镍铁合金制成。

下面将描述上述电磁换能器1200的操作。

在没有电流流过线圈4的初始状态下，由磁铁25、薄磁板15、悬挂21、中心极13和轭6形成一磁路，如例2中一样。电磁换能器1200的振动操作与例2中的相同。

例3的电磁换能器1200与例2中的电磁换能器1100的不同之处在于磁部件12’与悬挂21集成在一起，且膜片29与盖20’集成在一起，以使这样的集成减少了元件的数量和制做步骤且因此降低了制造成本。这样的集成还导致组件变化的减少且因此产品特性变化可被最小化。而且，如图7所示，悬挂21和磁部件12’可被集成入同一平板中。

在电磁换能器1200中，膜片29的外周边基本上与悬挂21的外周边相同，以使膜片29的外周边与悬挂21的外周边在同一平面上匹配。因此，容易对准悬挂21和膜片29，以使减少组件的变化且因此使产品特性的改变最小化。(例4)

下面将参照图8A和8B描述本发明的例4，结合有根据本发明的电磁换能器的一便携式通信装置的一蜂窝电话61。

图8A是根据本发明的例4的蜂窝电话61的局部剖面透视图。图8B是概略地说明蜂窝电话61的结构的方框图。

蜂窝电话61包括一具有发声孔63的壳体62、和一电磁换能器64。电磁换能器64被结合在蜂窝电话61中，例1、2和3中所说明的电磁换能器1000、1100和1200中的任一可被采用。电磁换能器64以这样的取向被配置以使其膜片与发声孔63相对。

如图8B所示，蜂窝电话61还包括一天线150、一发送/接收电路160、一呼叫信号发生电路161和一麦克风152。该发送/接收电路160包括一解调部分160a、一调制部分160b、一信号转换电路160c、和一信息记录部分160d。

天线150被使用以接收从附近的基站输出的无线电波并将无线电波发送给该基站。解调部分160a将经天线150输入的一调制的信号进行解调并转换成一接收的信号，并将该接收的信号输出给信号转换部分160c。该信号转换部分160c是根据接收的信号的内容在不同的信号处理之间转换的一电路。如果该接收的信号是指示一接收的呼叫的信号(以下称之为“接收的呼叫”信号)，该接收的信号被输出给呼叫信号发生电路161。如果接收的信号是一声音信号，它被输出给电磁换能器64。如果接收的信号是用于信息记录的一声音信号，该接收的信号被输出给信息记录部分160d。该信息记录部分160d例如由一半导体存储器(未示出)组成。在蜂窝电话61处于ON(通电)时交付的任何记录的信息被存储在信息记录部分160d中。当蜂窝电话61在服务区外时或蜂窝电话61处于OFF(断电)时交付的任何记录的信息被存储在该基站内的存储器装置中。呼叫信号发生电路161生成一呼叫信号，输出给电磁换能器64。

与常规的蜂窝电话的情况相同，蜂窝电话61包括一小麦克风152作为电磁换能器。调制部分160b对由麦克风152传感的拨号信号和/或语音信号进行调制，并将调制的信号输出给天线150。

现在，将描述具有上述结构的作为便携式通信装置的蜂窝电话61的操作。

从基站输出的无线电波由天线150接收，且通过解调部分160a被解调成基带接收的信号。当确定接收的信号是一呼叫接收的信号时，信号转换部分160c将指示一接收的呼叫的信号输出给呼叫信号发生电路161，以将该接收的呼叫通知该蜂窝电话61的使用者。

一旦接收到一呼叫接收的信号，该呼叫信号发生电路161输出一呼叫信号。该呼叫信号包括一对应于可听范围内的纯音的一信号或由这些纯音组成的一复声。当该信号被输入给该电磁换能器64时，电磁换能器64将一振铃音输出给该使用者。

一旦使用者进入谈话模式，信号转换电路160c执行接收的信号的电平调整，且然后将该接收的声音信号直接输出给电磁换能器64。该电磁换能器64作为一接收器或一扬声器进行工作以再现该声音信号。

使用者的声音被麦克风152检测到并被转换成一声音信号，并输入给调制部分160b。该声音信号通过该调制部分被调制到一预定载波上，经天线150被输出。

如果使用者将蜂窝电话61设定在信息记录模式下并使蜂窝电话处于ON状态，由一呼叫者发出的任何记录的信息将被存储在信息记录部分160d中。如果使用者将蜂窝电话关断(OFF)，由一呼叫者发出的任何记录的信息将被暂时存储在基站中。当使用者通过一键操作要求再现该记录的信息时，信号转换电路160c接收这样一请求，并从该信息记录部分160d或该基站检索该记录的信息。该声音信号被调整到一放大的电平并输出给电磁换能器64。然后，电磁换能器64作为一接收器或扬声器工作以再现该记录信息。

在便携式通信装置，例如常规的蜂窝电话中结合的许多电磁换能器，具有较高的最小谐振频率，且因此仅被用于再现一振铃音。

然而，根据本发明的电磁换能器可具有低的最小谐振频率。当被结合入一便携式通信装置中时，根据本发明的电磁换能器可还被用于再现声音信号，以使振铃音和声音信号两者可通过同一电磁换能器被再现。这样，待被结合入便携式通信装置中的声学元件数量可被有效地减少。

在所说明的蜂窝电话61中，该电磁换能器64被直接地安装在壳体62上。然而，电磁换能器64可被安装在内在于蜂窝电话61中的一电路板上。用于提高振铃音的声压水平的声口(port)可被附加地包括。

而且，尽管在电磁换能器64中，膜片是相对于声孔地放置，该轭可以相对于该声孔。

尽管在图8A和8B中示出一蜂窝电话作为一便携式通信装置，本发明可应用于任何结合有一电磁换能器的便携式通信装置，例如寻呼机、笔记本个人电脑、PDA或手表。

本发明的电磁换能器包括一磁部件、在将该磁部件支持并固定在其中心部分的一悬挂、和连接至该悬挂的一膜片。与常规的电磁换能器不同的是，该磁部件由该悬挂支持，该膜片不需要支持该磁部件。因此，膜片的形状可被自由地设计以使获得令人满意的声学特性。而且，该膜片的弹性常数可被减小以使可再现例如音频信号的一低频信号。另外，膜片的变形可被减少，且该膜片的声压—频率特性的平坦度可被改善。

而且，根据本发明的电磁换能器，支持磁部件的悬挂由金属材料制成，例如不锈钢。因此，可实现具有基本上不随时间改变的耐久性的电磁换能器。由于该悬挂支持该磁部件，可提供能获得令人满意的声学特性和可靠性的电磁换能器。

而且，根据本发明的电磁换能器，在磁铁和膜片之间设置薄磁板，以使磁通量可被有效地传送入磁部件，导致大的驱动力。因此，声压较大。

而且，根据该电磁换能器，该磁部件和悬挂各在中心部分具有一开口，且该中心极被通过这些开口，以使可能减小形成一磁路的该磁部件和该中心极之间的间隙。结果，可获得足以较大程度地振动该膜片的一驱动力，从而使得可能再现高声压。

本发明的便携式通信装置包括本发明的电磁换能器。因此，单一的电磁换能器可再现一报警声或旋律声，及话音。结果，可减少通常包括在常规的便携式通信终端中的多个声换能器的数量。

本领域的熟练技术人员可明显看出，在不背离由后附 定义的本发明的精神与范围的情况下，能够对本发明进行许多的变动和修改。因此，后附的权利要求的范围并不限于这里所作的描述，而应得到广义地解释。

Claims (14)

1、一种电磁换能器，包括：

一磁部件；

用于将磁部件支持在其中心部分的一悬挂；

连接至该悬挂的一膜片；

用于在该磁部件上产生磁通量的一磁铁；和

用于在该磁部件上产生交变磁通量的一线圈。

2、根据权利要求1的电磁换能器，其中在振动方向上该悬挂的刚性大于该膜片的刚性。

3、根据权利要求1的电磁换能器，还包括：

设置在该线圈的内周边处的一中心极；和

设置在相对于该膜片的该线圈的一侧的一轭，

其中该磁铁围绕该线圈。

4、根据权利要求1的电磁换能器，其中该膜片由树脂组成。

5、根据权利要求1的电磁换能器，其中该悬挂由金属组成。

6、根据权利要求1的电磁换能器，其中该悬挂由非磁材料组成。

7、根据权利要求1的电磁换能器，还包括设置在该磁铁和该膜片之间的一薄磁板。

8、根据权利要求1的电磁换能器，其中在该磁部件的一中心部分设置有一开口。

9、根据权利要求8的电磁换能器，还包括用于覆盖该开口的一盖。

10、一种电磁换能器，包括：

一磁部件；

用于将磁部件支持在其中心部分的一悬挂；

连接至该悬挂的一膜片；

与该膜片相对的一轭；

设置在该轭的膜片侧的一中心极；

围绕该中心极的一线圈；和

围绕该线圈的一磁铁，

其中在各磁部件和悬挂中设置有一开口，该中心极被整形以使被插入这些开口中，及该中心极的上面被定位高于或等于该磁部件的底面。

11、根据权利要求1的电磁换能器，其中该悬挂和该磁部件被集成在一起。

12、根据权利要求1的电磁换能器，其中该膜片的外周边和该悬挂的外周边被定位在同一平面上。

13、一种便携式通信装置，包括根据权利要求1的电磁换能器。

14、一种便携式通信装置，包括根据权利要求10的电磁换能器。

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