CN1347628A - 动圈驱动器 - Google Patents

Abstract

一种动圈扬声器驱动器,在线圈架(16)上有至少一对线圈(18、20)。这些线圈在一永久磁铁系统(28、30、32、34)的磁极部分之间(28、30)移动。这对线圈(18、20)反向缠绕并紧密间隔来降低线圈的组合电感值。

Description

动圈驱动器

                     技术领域

本发明涉及一种动圈驱动器或马达，尤其但不排他地，关于分布模式板扬声器的驱动器，这种扬声器例如为本发明申请人的国际专利申请WO97/09842中公开的那种。

                     背景技术

在设计动圈扬声器的驱动器时，线圈绕组的电感减少了可用来驱动扬声器膜片的有效力量。这是因为与直流电阻串连的电感增加了高频率的阻抗。

KOYBASHI的1988年11月8目的美国专利4,783,824，关于利用一个第二磁铁来增加音圈组件的有效输出。通过加入第二磁铁来提供磁性屏蔽。缝隙间的距离设定成“不会彼此相互影响”。这种配置降低了在低频时的大阻抗峰值；然而该文献提供的资料建议在高频时(＞1kHz)高电感的特性为，频率越高，阻抗越大。

在1998举办的AES会议中一篇Douglas Button及Mark Gander写的关于扬声器的、名称为“The Dual Coil Loudspaker”的论文中，讨论了更多的现有技术。大部分的现有技术涉及的都是线圈间隔大约为25mm的装置，这些装置具有微弱的互感，有效的电感耦合则经由磁极系统做到。

较早期的驱动设计中，磁性系统不在饱和状态下工作，这样的话，如果被磁极中的涡流损耗减弱了耦合，则要提供一些铁磁耦合。现代的磁铁系统通常在饱和状态下工作，这时，磁极不再给线圈提供任何显著的耦合。

                     发明内容

本发明的目的在于改善用于扬声器的动圈驱动器的性能。

根据本发明，一种动圈扬声器驱动器，包括

一音圈线圈架，

在线圈架上的沿轴向相互间隔开的至少一对线圈，每对线圈中的一个线圈与另一个线圈反向缠绕，这对线圈间隔开一预定的距离，使该对线圈的组合电感与哪些在空间上分隔开的线圈相比，降低至少5％，在具体实例中，降低了至少25％或甚至40％，

一永久磁铁系统，具有相邻于各线圈设置的极性相反的磁极部分。

间隔，也就是每对线圈相互面对的各端间的轴向缝隙，可以充分地小到可以在两个线圈之间直接进行耦合以提供互感，而不用通过磁极部分间接地进行耦合。通过沿着与第一线圈方向相反的方向缠绕第二线圈，线圈的某些组合(总的)电感可以被消除。因此，线圈的反相连接可达成所希望的系统整体电感降低。

有益的是，线圈间隔可以基本上等于或小于线圈的直径(宽度)。特别有益的是，线圈间隔小于2mm。与现有技术相比，线圈的这种紧密间隔可导致有效线圈电感的有用的降低。

线圈的紧密间隔可能需要线圈的轴运动限制在与线圈长度相比很小的范围内，因此，一个线圈不会接近另外线圈要使用的磁极部分。如果线圈要接近另外的磁极部分，则会产生与所要求的方向相反的力，这将会产生严重的非线性响应。本发明人认识到，用来激励板中弯曲波的驱动器不管怎样都会受到这样的限制。音圈在板上的固定能够沿轴向保持音圈，向板施加弯曲波所需的运动，比使传统活塞式扬声器运动所需要的运动，要小得多。因此，在这种弯曲波换能器重可以实现比到目前为止所可能的更紧密线圈分隔以及因而组合电感的更大降低。

如果希望的话，每一线圈中可以只缠绕单一层的线，来降低线圈在其中移动的气隙的宽度。

在线圈架上可以设置一对以上的相向配置的线圈，每一个都和一个磁铁或多个磁铁的相应磁极部分相关联。磁极部分的极性最好是由相关线圈的缠绕方向决定。磁铁系统还可以包括一个或多个非磁性的分隔件。

磁极部分的直径可以不大于磁铁本身以降低不希望的磁场边缘效应。磁铁系统可以有磁饱和的磁极部分。

线圈的间隔可以小于每一线圈轴向长度的两倍，最好小于1.4倍。

                     附图说明

在附图中，以举例方式对本发明进行了图解说明。其中，

图1a为N匝的线圈；

图1b为图1a的线圈分成两个N/2匝的线圈；

图2为根据本发明的第一实施例的动圈驱动器的局部剖视图；

图3为根据本发明的第二实施例的动圈驱动器的局部剖视图；

图4为根据本发明的第三实施例的动圈驱动器的局部剖视图。

                     具体实施方式

在图1a中线圈10的导线11有100匝，并具有下面的参数：N＝100，长度3mm，内半径12.8mm及外半径14mm。利用Welsby公式(参阅下面)，可以算出电感L的值为0.439mH。计算电感的另一种方法为利用有限元分析来对此系统进行建模。有限元模型给此电感的值为0.4601mH。

每个线圈的电感(L)可以用Welsby公式加以计算： $L=K{\mathrm{\μ}}_0{N}^2\frac{A}{l}$ $K=\frac{l}{l+0.9\frac{r}{l}+0.32\frac{t}{l}+0.84\frac{t}{l}}$

μ₀＝4π·10^-7H/m $r=\frac{1}{2}(r_1+r_2)$

t＝r₂-r₁

A＝π·r²其中，N为线圈的匝数

1为线圈长度

r₁为线圈内半径

r₂为线圈外半径

图1b中，图1a的线圈已经被分割成五十匝导线11的两个线圈12、14。假设两个线圈相离足够远以防止耦合，那么，整个系统的电感值等于单个线圈电感的和，就是L＝2*0.11mH＝0.22mH。

如果线圈设定分开4mm，那么，可以预期某些相互耦合。有限元模型预测本系统的电感值为0.349mH。如果现在第二线圈中反向，例如，通过将线圈的缠绕反向，第二线圈的电感值可以显著地抵消第一线圈的电感值。此模型预测系统的电感值为0.1202mH，其大约是未分割线圈电感值的四分之一。

线圈电感值在高频时变得很大。例如，在10kHz，利用有限元模型以及在先前例子中的相同参数，单一线圈的电感值以及二个带有耦合的半线圈为0.694mH及0.573mH。当电流在两个一半线圈之一中反向时，系统的整体电感值为0.159mH。可以再次看到，此系统的电感值降到大约四分之一。

本系统中可以加入钢成份，例如，如果线圈要做为如图2到4的电磁力致动器。钢成份的出现可能使得电感值上升，但预期的电感值降低与无钢成份的系统有类似的比例。

图2显示一动圈扬声器驱动器，其包括一音圈线圈架16、线圈架16上两个沿轴向互相间隔的线圈18、20以及永久磁铁组件22。其中一个线圈18与另一个线圈20的缠绕方向相反。符号“●”及“×”表示各个线圈中电流环绕线圈轴流动的不同方向。如图1b所示，线圈于端子15间串连连结在一起，以此方式，流过线圈的电流以相反的方向绕着线圈流动。线圈架粘在可以支承共振弯曲波模式的板38上。

因为线圈18及20以相反方向缠绕，作用于每一段动圈组件的磁场必须反向。这是利用单一磁铁22驱动两个径向气隙24、26来实现的。一个气隙24经过顶板或磁极部分28距离北极面形成，而第二个气隙26经由底板或磁极部分30距离南极面形成。顶板或磁极部分28和底板或磁极部分30属于盘状磁铁32，该磁铁在其整个厚度上被磁化。这两个径向气隙共用一个完成磁路的共同外套筒34。磁力线的线显示为粗体箭头。非磁性的外壳36保持外套筒与磁组件22以及两个磁极部分28、30同心。

此线圈可以设置成很小的轴向间隔，因为音圈驱动板中的共振弯曲波的波动不大，也就是，不会有大振幅的振荡。这样的紧密间隔在要驱动传统活塞式扬声器膜片的现有技术线圈中是不可能的。这样的线圈必须有足够的间隔，使线圈的显著移动不会造成一对中的一个线圈进到要驱动此对中另外一个线圈的磁极部分的区域内。因此，使用这种技术不会使电感值大量降低。

虽然两个气隙24、26为串连的，但是，每一个气隙都可减小所用线圈导线的厚度，因为可以只用单一层的导线15。当然，如果磁场有足够的强度，也可以使用更多的层。

磁铁、板及套筒材料为那些通常用于动圈扬声器的磁铁系统中的材料。本领域技术人员能够确定实现最佳磁铁性能所需的正确尺寸以及间隙，但是在此提供的布局将产生低值的总线圈电感值。

可以从图示中看到，线圈18、20的间隔相当紧密。例如，可以想像到，实施本发明的驱动器也可以设置在一个驱动器的整体高度大约6mm、线圈18、20间隔为2mm或更少的紧密间隔的系统中。

虽然图2显示的是一个磁铁及两个线圈，但是，本发明可以扩展为多个线圈及多个磁铁。图3的实施例显示了一个动圈扬声器驱动器，其包括一个音圈线圈架38、在线圈架38上有沿轴向互相间隔的线圈40a、40b和42a、42b的两对线圈40、42以及一个永久磁铁组件44。第一对线圈40包括一个与另外一个线圈40a反向缠绕的线圈40b。类似的，第二对线圈42包括一个与另外一个线圈42a反向缠绕的线圈42b。线圈40a及42a相同方向缠绕。符号“●”与“×”表示各个线圈中的不同电流方向。

因为线圈40b与线圈40a反向缠绕而线圈42b与线圈42a反向缠绕，所以，作用在每段动圈组件上的磁场必须相反。这是利用三个磁铁46、48、50及四个磁极部分或板52、54、56、58组成完整的磁铁组件44而做到的。这个磁铁组件包括交替的磁极部分层与磁铁层。磁极部分54接触两个磁铁46、48，而磁铁配置成，两个磁铁的南极都与磁极部分相邻。类似的，磁极部分56与两个磁铁48、50的北极面相邻。

磁铁组件驱动四个气隙60、62、64、66。第一气隙60经由磁极部分52由磁铁46的北极面驱动，第二气隙62经由磁极部分54由两个磁铁46、48的南极面驱动，第三气隙经由磁极部分56由两个磁铁48、50的北极面驱动，而第四气隙经由磁极部分58由磁铁50的南极面驱动。径向气隙共用完成磁性电路的共同外套筒68。磁力线的线显示为粗体箭头。非磁性外壳70保持外套筒与磁铁及磁极部分同心。

图4显示图3组件的变例，其只包括了两个磁铁72、74，由非磁性间隔件76分开。此组件包括一音圈线圈架78、在线圈架78上有沿轴向相互间隔的线圈80a、80b、82a、82b的两对线圈80、82以及一个永久磁铁组件84。第一对线圈80包括一个与另外一个线圈80a反向缠绕的线圈80b。类似的，第二对线圈82包括一个与另外一个线圈82a反向缠绕的线圈82b。线圈80a及82a相同方向缠绕。符号“●”与“×”表示各个线圈中的不同电流方向。

此磁铁组件驱动四个气隙86、88、90、92。第一气隙86经由磁极部分94由磁铁72的北极面驱动，第二气隙88经由磁极部分96由磁铁72的南极面驱动，第三气隙经由磁极部分98由磁铁74的北极面驱动，而第四气隙经由磁极部分100由磁铁74的南极面驱动。径向气隙共用一个完成磁路共同外套筒102。磁力线的线显示为粗体箭头。非磁性外壳104保持外套筒与磁铁及磁极部分同心。

取代串联配置线圈，也可以配置单独线圈有各自的端子15，并连接线圈以便共同驱动线圈来得到环绕一对线圈的轴线电流流动方向相反的相同结果。例如，这可以通过并联连结线圈而做到。

因此，本发明提供了一种简单的方法及装置来改善扬声器用的动圈驱动器性能。此扬声器可以是传统的，也就是，活塞式的，或者可以是共振板式的，例如本发明申请人的审查中的国际申请WO 97/09842中所说明的那种。

Claims (10)

1.一种动圈扬声器驱动器，其包括：

一音圈线圈架(16)，

在线圈架(16)上沿轴向互相间隔的至少一对线圈(18、20)，每对线圈中的一个线圈(18)与另外一个线圈(20)反向缠绕，这对线圈(18、20)被分开预定距离，使线圈的组合电感，被降低至少5％，以及

一永久性磁铁系统(28、30、32、34)，具有相反极性的磁极部分(28、30)，磁极部分相邻于各线圈(18、20)设置。

2.如权利要求1所述的动圈扬声器，其特征在于，该对或每对线圈设置成足够紧密间隔，与在空间上分离的线圈相比，线圈的组合电感被至少降低25％。

3.如权利要求1或2所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，所述各线圈(18、20)串联在一起，流过此串联连接的线圈的电流在该对线圈或每一对线圈的线圈中产生相反的磁场。

4.如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，在每个线圈(18、20)中缠绕单层导线。

5.如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，在该线圈架上设置有：具有相对配置的线圈(40a、40b、42a、42b、80a、80b、82a、82b)的一对以上的线圈(40、42、80、82)，而每个线圈都与包括多个永久磁铁的磁铁系统的相应磁极部分(52、54、56、58)相关联。

6.如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，每一对线圈(18、20、40、42、80、82)的线圈(18、20、40a、40b、42a、42b、80a、82b)的间隔基本上等于或小于其直径。

7.如权利要求6所述的驱动器，其特征在于，线圈的间隔小于5mm。

8.如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，线圈的间隔小于每个线圈轴轴向长度的两倍。

9.如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，其特征在于，磁极部分为圆形的并夹置有至少一个直径不小于磁极部分直径的永久性磁铁。

10.一种扬声器，其包括：

一可以支承弯曲波的板，以及

一如前述任一权利要求所述的动圈扬声器驱动器，用来激励板中的弯曲波来产生声音输出。

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