CN1553743A - 具有低磁阻返回路径的电磁换能器 - Google Patents

Abstract

一种电磁换能器，如音频扬声器，包括一返回路径件，其是用于外部磁铁结构的极片或用于内部磁铁结构的杯。用于第一驱动磁铁的磁通返回路径通过返回路径件的第一部分。用于次极驱动磁铁的低磁阻磁通返回路径的第一部分通过返回路径件的第二部分。磁传导板具有从返回路径件的第二部分到次极驱动磁铁的低磁阻返回路径的第二部分。

Description

具有低磁阻返回路径的电磁换能器

技术领域

本申请一般涉及电磁换能器，如音频扬声器，且更特别涉及由第二驱动磁铁产生的磁通量的低磁阻返回路径的结构。

背景技术

在本文件中以剖视图示出了扬声器。因为扬声器通常是在轴线或中心线圆柱形或旋转对称的，因此虽然仅示出了给定的扬声器的一个侧边，但是本领域的读者很容易理解所表示的是三维结构。而且，读者可以理解，本发明并不局限于这种轴向对称的实施。

图1A示出了如现有技术公知的传统的音频扬声器10，所示扬声器在中心线CL对称。如图所示，扬声器包括磁性传导极板12，其包括磁极14，该磁极14可以与极板的基底16耦合或形成一体。磁极可以包括用于许可空气流冷却马达机构和使振动膜组件降压的轴孔18。环形永磁铁20围绕磁极，在其间具有槽22。磁性传导顶板24围绕极，在其间具有磁性气隙26。典型地，磁性气隙小于槽。极板，磁铁和顶板可以共同称为磁铁组件或马达结构。早整个文章中，粗黑箭头示意性代表磁通流动的方向；本领域的读者很容易的理解即使磁铁被倒置，磁通的方向相反，换能器也能正常操作，特别是当具有反相的电输入信号时。

电传导声音线圈28牢固地连接于圆柱形线轴或声音线圈架30。声音线圈在磁性气隙中悬吊以对与线轴连接的振动膜32提供机械力。当交流电通过声音线圈时，声音线圈沿扬声器的轴在气隙中上下移动，导致振动膜产生声波。

框架34与磁铁组件连接。具有两个悬挂元件。阻尼线圈或十字叉架36与线轴和框架连接，且环绕38与振动膜和框架连接。这两个悬浮元件用于保持线轴和框架相对于磁极对齐和对中，同时允许轴向移动。防尘帽40密封组件防止灰尘微粒和其它杂散物质的渗透，灰尘微粒和其它杂散物质将污染磁性气隙且由此干扰扬声器的操作或质量。

如图所示，当声音线圈比(沿轴)磁性气隙长时，扬声器被称作具有“从上悬挂(overhung)”的结构。另一方面，如果声音线圈短于磁性气隙，扬声器将是“自下支撑(underhung)”的结构。

如果声音线圈移动的足够远，使得在气隙中存在不同数量的声音线圈匝数(例如从上悬挂的声音线圈移动的足够远，使得其一端进入气隙，或者自下支撑的声音线圈移动的足够远，使得其一端离开气隙)，扬声器开始显示出非线性特性，且声音质量失真或改变。特别是以高音量播放低频率声音时需要最大的声音线圈运动，这情况是存在问题的。

解决这一问题的普通方法是用高度地从上悬挂的或高度地自下支撑的的几何结构以实现高程度的线性声音线圈运动。但是，这些方法具有固有的局限。高度地的从上悬挂的马达需要增加的更长的线圈，这将增加振动膜组件的总的移动质量。在某些方面，这种不断增加的质量变的特别大限制了固有机构的设计，这将防碍振幅的任何进一步的可控制的增加。同时所利用的磁通不随之增加的声音线圈质量的增加，将减少换能器的整个效率。效率与BL的平方成正比，且与质量的平方成反比。在高度地自下支撑的几何结构中，因为为了在不牺牲效率的情况下实现更高的线性振幅(linear excursion)，需要横跨磁性气隙高度保持常数B的在磁铁区域中的相对的增加，将出现实际的限制。不幸的是，这种在现有的磁通B中增加不会产生BL的增加，且由此换能器的效率也不会增加。

提供一种具有两个在两个单独的磁性气隙中运动的级联声音线圈的线轴的混合方法，如在美国专利4,783,824中Kobayashi教导的和在5,740,265中Shirakawa教导的。这两个是“推—拉”几何结构，其中在顶部磁性气隙中的磁通与在底部磁性气隙中的磁通的方向是相反的；这需要两个声音线圈以相反的方向缠绕，且它在不增加总的线性振幅的情况下需要两倍的总的声音线圈长度和更长的线轴，所有这些在减小利益的情况下增加了制造成本。Kobayashi进一步指出如果通过这两个声音线圈的电流的相位是相反的，则声音线圈可以以相同的方向缠绕。不幸的是，这需要每一个声音线圈具有它们自己专门的一对电输入，这进一步增加了换能器的复杂性和成本。

在现有技术的从上悬挂的扬声器中，在线性操作期间，100％的磁性气隙总是起作用的。在现有技术的自下支撑的扬声器中，在线性操作期间，100％声音线圈缠绕总是起作用的。

扬声器的结构通常分为外部磁铁结构(其中环形磁铁围绕极板)或内部磁铁结构(其中杯容纳磁铁)。极板和杯可以共同的被称作磁铁返回路径元件或轭，因为它们用作为越过磁性气隙的磁通的返回路径。

材料可以被分为磁性材料或非磁性材料。非磁性材料也可以被称作非磁性的传导材料；铝和石灰石是非磁性材料的实例。磁性材料被分为硬磁性材料和软磁性材料。硬磁性材料也叫作永磁体且不用外部起因而产生磁通场。软磁性材料是那些虽然不是永磁体，但是本身被磁化且由于其被放置在磁场中而产生磁通。软磁材料包括含铁金属，如钢和铁。

现有技术的一个问题是磁通泄漏(由FL指示)。

图1B示出了屏蔽的扬声器11，其包括极板12，第一线圈磁铁20，第一线圈板24和图1A所示的其它元件，带有附加屏蔽或补偿磁铁13。补偿磁铁13位于磁铁组件中的极板的相对侧，且补偿或消除漏磁通。屏蔽15围起磁铁组件和补偿磁铁，且进一步减少漏磁。

图1C示出了美国专利5,550,332中Sakamoto教导的扬声器17。扬声器包括第一驱动磁铁19，驱动板21，补偿磁铁23和磁传导外部环25。驱动板和外部环限定磁性气隙27。补偿磁铁位于从第一磁铁方向的驱动板的相对侧，且它的极与第一磁铁的极相对定向。在这个结构中，补偿磁铁不是用于减少磁通泄漏(而事实上，它增加了磁通泄漏)—它是用于增加在磁性气隙中的磁通密度。磁铁组件元件由非磁性传导保持器29保持在适当的位置。从外部环到两个磁铁的磁通返回路径单独的通过漏磁通FL。

图1D示出了美国专利4,783,824中Kobayashi教导的扬声器31。该扬声器包括极片12，第一驱动磁铁20，第一驱动板24和大致如图1A所示的振动膜组件。补偿磁铁33位于第一驱动板的相对侧，与Sakamoto相同，补偿磁铁的磁极与第一驱动磁铁的磁极相对定向。Kobayashi不依靠用于第一驱动磁铁的从第一驱动板到各个磁铁的高磁阻空气返回路径，而是增加了限定第二驱动磁性气隙37的第二驱动板35，在第二驱动磁性气隙中Kobayashi放置了第二声音线圈39。因此Kobayashi扬声器是“推—拉”结构的，具有各个声音线圈在相反的方向缠绕或用相反相的交流电信号驱动。

需要一种不用推—拉式声音线圈结构而能提供用于补偿磁铁的磁通的低磁阻返回路径的扬声器机构。

附图说明

从下面给出的详细描述和本发明的实施例的附图中可以更充分的理解本发明，但是，不能将本发明限制为描述的特定的实施例，其仅仅是用来解释和理解。

图1A-D以剖视图形式示出了根据现有技术的扬声器结构。

图2A-C以剖视图形式示出了根据本发明的扬声器的一个实施例，该扬声器具有一个声音线圈和两个磁通在相同的方向上通过的两个气隙。

图3A-C以剖视图形式示出了扬声器第二实施例，该扬声器具有两个相同方向的磁通气隙和两个级联的声音线圈。

图4以剖视图形式示出了扬声器结构第三实施例，该扬声器具有三个气隙和一个声音线圈。

图5A-F以剖视图形式示出了扬声器结构第四实施例，该扬声器具有三个气隙和单个声音线圈。

图6以剖视图形式示出了扬声器结构第五实施例，该扬声器具有内置在磁铁组件中的冷却装置，具有两个气隙和一个声音线圈。

图7以剖视图形式示出了扬声器结构第六实施例，该扬声器利用内部磁铁，具有两个气隙和一个声音线圈。

图8以剖视图形式示出了扬声器结构第七实施例，该扬声器具有一体的框架和散热件。

图9以顶视图形式示出了扬声器结构第八实施例，其中上部磁铁包括多个更小的磁铁，在小磁铁之间具有空间以允许空气流冷却声音线圈。

图10以剖视图形式示出了扬声器结构第九实施例，该扬声器利用作为第一磁铁的外部环形磁铁和用于上部磁气隙的内部盘形磁铁的组合。

图11以剖视图形式示出了扬声器结构第十实施例，该扬声器利用作为第一磁铁的内部盘形磁铁和用于上部磁性气隙的外部环形磁铁。

图12以剖视图形式示出了根据本发明利用具有低磁阻返回路径的补偿磁铁的外部磁铁结构扬声器的一个实施例。

图13以剖视图形式示出了本发明的另一个实施例，其中具有多个驱动磁性气隙。

图14以剖视图形式示出了具有散热件的另一个实施例。

图15以剖视图形式示出了根据本发明的内部磁铁结构扬声器。

图16以剖视图形式示出了根据本发明屏蔽的外部磁铁结构扬声器。

图17以剖视图形式示出了根据本发明具有低磁阻补偿磁铁返回路径，多个驱动磁性气隙和散热件的内部磁铁结构扬声器。

图18以剖视图形式示出了包括低磁阻返回路径的混合结构的另一实施例。

图19以剖视图形式示出了包括低磁阻返回路径的混合结构的另一实施例。

图20以剖视图形式示出了另一外部磁铁结构扬声器。

图21以剖视图形式示出了另一内部磁铁结构扬声器。

图22以剖视图形式示出了另一内部磁铁结构扬声器。

具体实施方式

本发明可以在各种磁性换能器应用中利用，各种磁性换能器包括但并不局限于音频扬声器，麦克风，机械定位传感器，致动器(其可以是线性马达)，和类似产品。为了方便的原因，本发明将参考音频扬声器实施例进行描述，但是其应被认为是解释性的而不是限制。本发明可以证明在高(“大”)振幅应用中如次低音扬声器中特别有用，但是再一次表明，这不应被认为是限制。

本发明允许同时使用少于100％的磁性气隙和少于100％的声音线圈缠绕。例如，本发明允许同时使用50％的声音线圈绕组和33％的磁性气隙，或在另一实施例中，同时使用66％的磁性气隙和33％的声音线圈绕组，将实现最佳线性振幅。可以很多比例组合。这允许设计者在高频振幅，低频振幅和扬声器箱音量，效率，线性振幅，成本，功率处理和马达结构尺寸之间或它们的结合之间实现需要的平衡。现在，设计者可以实现比以前可得到的更宽范围的结合。

图2A示出了根据本发明的扬声器50的一个实施例。该扬声器包括含有后板16和极片14的极板12，该极片既可以与后板结合为一体也可以与后板耦合。在某些实施例中，可以具有延伸通过极片的长度的孔18，以允许对应于扬声器轰鸣操作的空气流。在某些实施例中，有利的是应用带有斜端52，54的孔，用于以较少的扰动提高气动性能，允许更小的孔或通风孔的使用且不会导致太多的失真。如果通风孔做得太大，磁性效率就会减小，这是因为在磁极中钢的份量降低，其又可以导致钢的磁饱和。

与现有技术中相同，磁铁组件包括第一永磁铁20，第一板24和第一磁性气隙26。本发明进一步包括磁性材料件56，其在某些实施例中可以作为第二永磁铁。与现有技术的双气隙扬声器不同，磁性材料件定向在其磁通与第一磁铁相同的方向，或换句话说，使得第一磁铁20和磁性材料件56具有彼此面对的相反的磁极。扬声器进一步包括限定第二磁性气隙60的第二板58。

包括线轴或管，振动膜，十字叉架，环绕和防尘帽的框架和振动膜组件可以大致与现有技术相同。声音线圈，第一板，第二磁铁和第二板可以有利的成为这样的大小，使得声音线圈从一个板的中心延伸到另一个板的中心。声音线圈可以有利的具有高度Tvc，其大致的等于第二磁铁的高度Tm加上第二板的高度Tp(第二板的高度在极限情况下应该与第一板的高度相同使得两个气隙高度相等)。为了运动进入非线性响应区域，声音线圈必须运动足够远使得其底端进入上部第二气隙或其顶端进入下部第一气隙。这给声音线圈一个等于上部顶板的高度(厚度)Tp加上两倍的磁性气隙之间的空间的高度Tm的顶—到—顶的线性运动。在最优的情况下，两个板具有相等的厚度，且第二磁铁56应该至少与其中一个板的厚度相同。

只要获得本发明的教导，磁铁，板，极板和极片的相对尺寸可以根据特别应用的特殊需求决定，且最好在扬声器设计者的普通技术人员的能力范围内。例如，为了使通过两个气隙的磁通相等，通常的情况是下部磁铁需要比上部磁铁大(或更确切的，是更强大)，因为在磁铁之间的下部板会将下部磁铁的磁通直接分路给上部磁铁而不通过第一气隙。

图2B和2C分别示出了在线性振幅区域(Xmax)，在最大延伸和回缩点具有声音线圈的图2A的实施例。读者应该注意，在图2A-C中，只有相当一个磁性气隙起作用(在图2B中，100％的顶部磁性气隙起作用，在图2A的两个磁性气隙，50％的每一个磁性气隙起作用，在图2C中，100％的底部磁性气隙起作用)而且，总的起作用的音圈线圈的磁气隙相当只有一个磁气隙高度。在线性偏移范围内任何给定的位置，对一个等于Tvc减Tm的长度的音圈来说，总的可利用的磁气隙的50％起作用。

图3A示出了根据本发明扬声器70结构的第二实施例，其除了包括两个声音线圈72、74外与第一实施例相同。理想地，两个声音线圈应具有相同的高度，且从一个的中心到另一个的中心的距离应该等于两个气隙之间的距离(或，换句话说，等于在它们各自的板之间的磁材料件的厚度)。在具有最优化线性的最优情况下，两个板之间的空间和两个板中的每一个应该是相等的厚度，且这个厚度应该与声音线圈的一个的高度Tvc加上两个声音线圈之间的空间Ts相等，使得，例如，当顶部线圈在延伸期间，恰好开始退出顶部磁性气隙的顶部时，底部声音线圈将恰好开始进入顶部磁性气隙。

图3A-C示出了一个特别优化的实施例，其中每一个声音线圈的高度Tvc是距离H，每一个磁性气隙的高度Tp1，Tp2是距离2H，且磁性气隙之间的距离Tm是2H。注意Ts＝H＝Tvc。这一个结构给出了一个7H的线性峰到峰的振幅，在一末端处，底部声音线圈的顶边沿与磁性气隙的顶部一边高，且在另一末端处，顶部声音线圈的底部边沿与底部磁性气隙的底部一边高。

在一个实施例中，声音线圈在相同的方向缠绕，且以相同的磁极给他们提供给电信号。在另一个实施例中，声音线圈在相反的方向缠绕，且它们收到相反极性的电信号。

可选择的，极板适合槽66，插入其中的声音线圈线轴可以在最大的向下振幅处延伸，防止线轴撞击极板，线轴撞击极板将显著地使声音失真且可能损坏线轴或声音线圈和/或其它元件。这在美国专利5,715,324中Tanabe等人已经解释。

在一种形式中，极片可以适合大致与气隙之间的空间或磁铁相对的槽78，槽80位于顶部磁性气隙之上，且槽82位于底部磁性气隙的下面，以进一步通过将更多的磁通集中进入气隙和在每一个气隙的上边沿和下边沿产生对称的边缘磁场来提高线性。

读者应该注意到，在所有的三个图3A-C中，在磁性气隙中只有总的可用声音线圈绕组的50％起作用，且在换能器的线性操作中，总的可用的磁性气隙的25％被使用。

图4示出了根据本发明的扬声器结构90的第三实施例。扬声器包括极板12，第一磁铁20，第一板24，磁性材料件56，第二板58和通常与第一实施例中相同的其它元件。扬声器进一步包括顶部磁性材料件92和第三板94以限定第三磁性气隙96。通过包括三个或更多的气隙，声音线圈的整个线性振幅可以被制造的特别大。通过利用相同厚度的板和相同厚度的磁铁(其可以与板的厚度相同或不同，如果是用单独的声音线圈)，且通过使磁铁和板的直径大小适当，可以使得每一个气隙中的磁通密度大致相等，这产生在线性声音线圈运动的整个范围内优化的线性。特殊厚度和直径的选择对于已掌握了前述内容的本领域技术人员是公知的，不必在此详细描述。

图5A-F示出了与图4的实施例相似的扬声器结构100的第四实施例。扬声器包括极板12，第一磁铁20，第一气隙板24，磁性材料件56，第二气隙板58，磁性材料件92，第三气隙板94和线轴30以及振动膜组件的其余部分(未示出)。如图所示，扬声器进一步包括从顶部磁性气隙的中心向底部磁性气隙的中心延伸的声音线圈102。如果第一磁铁不是足够厚以允许用于整个声音线圈运动的空间，则扬声器可以选择性的包括磁传导垫片104。

该结构相当于在整个线性振幅中两个磁性气隙—即总体的66％一起作用。在图5A中，中间磁性气隙起作用，且顶部和底部的磁性气隙各自的一半起作用。图5B示出了在最大延伸的线性振幅位置的振动膜组件，其中声音线圈的底部与中间磁性气隙的底部平齐，顶部和中间磁性气隙被起作用，其底部磁性气隙是不起作用的。

当声音线圈继续向外延伸时，中间磁性气隙逐渐的变得不起作用。但是，因为顶部磁性气隙仍然是起作用的，扬声器不会立即呈现出高度失真。相反的，一整个的磁性气隙(顶部气隙)保持全部起作用直到如图5C示出的位置，其中声音线圈的底音达到顶部磁性气隙的底部。仅有在这一点之后，当声音线圈继续向外延伸时，扬声器的电动驱动变为零，在图5D示出的点，其中声音线圈的底部已经离开顶部磁性气隙的顶部边沿。

从图5A的中心位置向另一个方向看，图5E示出了线性振幅的另一端，在此处声音线圈的顶部达到中间磁性气隙的顶部。然后，当声音线圈继续缩回时，中间磁性气隙逐渐的变得不起作用，但是底部磁性气隙保持全部起作用直到图5F所示的位置，在此处声音线圈的顶部碰到顶部磁性气隙的顶部。然后，随着声音线圈继续缩回，当声音线圈完全离开底部磁性气隙时，扬声器电—机驱动将接近于零。图5F清楚地示出了底部磁铁和极板之间的垫片的作用，是在底部磁性气隙和极板之间提供足够的空间使得声音线圈和线轴不会撞击极板。

因为这种结构具有分级，所以它提供优质音响以及更大的动态范围上，也就是，其中具有两级线性振幅：在中心运动区域，两个磁性气隙起作用；在中心区域任一端的外部区域，只有一个磁性气隙起作用。

图6示出了根据本发明的扬声器110的第五实施例。与第一实施例中相同，扬声器包括极板12，第一磁铁20，第一板24和振动膜组件。扬声器进一步包括散热件板112，其由非磁传导材料，理想地，由高热传导材料，如铝制成。散热件板优选的可以配备有热耗散器部分114，在某些实施例中，该热耗散部分可以具有大致大于散热件板的中心部分的厚度Tsp的厚度Ths。在这个实施例中，加热板的整个直径应该比周围元件的直径大的多以允许用于较厚的加热片周边的足够的空间。虽然没有在剖视图中示出，但是散热件可以包括轴向和径向的狭槽或散热片以增加表面积且提高热传送。

扬声器进一步包括第二板116和第二永磁铁118。在这个结构中，第二磁铁与第一磁铁相对地定向，于是横跨两个气隙的磁通是相同方向的，使得单独声音线圈或多个声音线圈的使用能够产生相同的电磁极。

图7示出了扬声器结构120的第六实施例，其中扬声器利用内部磁铁和板而不是外部环形磁铁和板。典型地，这个结构应用钕铁硼磁铁或其它稀土磁铁。在这个实施例中，磁性返回路径通过轭或杯122的外部周边而不通过极片。在杯中罩住一个内部磁铁124，一个限定第一磁性气隙128的第一板126，一个永磁铁或仅仅是含铁垫片的磁性材料件130，以及一个限定第二磁性气隙134的第二板132。线轴可以配备一个或多个产生相同极的和大小为上述所示的声音线圈。在最优的情况下，磁铁或垫片130可以形成为这样大小，(在直径上)使得整个顶部磁性气隙的磁通大致与底部磁性气隙的磁通相同。在某些实施例中，磁铁或垫片130可以是环形的。在某些实施例中，顶部磁铁的直径与底部磁铁的直径相同，但是由较弱的磁性材料制成。

在某些实施例中，可以具有通过杯和/或板和/或磁铁的孔(未示出)以提供空气流，用以当声音线圈和振动膜在频密的移动中使组件冷却和降压。在某些实施例中，这可以以一个在内部环形磁铁结构中的中心孔实现。

图8示出了本发明的第七实施例，其与图2和图6的实施例相同。与前述的相同，扬声器140包括极板12，第一磁铁20，第一磁性气隙板24和第二磁性气隙板58。顶部磁铁142具有放大的内部直径以容纳结合的框架和散热件144。散热件框架144由非磁性传导材料，如铝制成，且包括位于第一板和顶部磁铁之间的一个部分146，位于上部磁性材料件的放大内径中的一个部分148，使得散热件的放大的表面积暴露于气隙之间的声音线圈范围的部分，和用作框架以支撑振动膜组件的一个部分150。在某些实施例中，散热件部分148的内部表面与两个板的内部直径基本上对齐或稍微下凹。

图9示出了替换性实施例，其选择性的与这里教导的其它原理结合实现。马达组件160的部分如顶视图中所示。从顶部，具有选择性的空气通风孔18的极片14是可见的。当从上面看时，看到的是线轴30和声音线圈28的横截面。底部，第一磁铁20是可见的且围绕极片设置。第一板24围绕极片设置，且磁耦合于底部磁铁。第二板没有示出，使得读者可以看见围绕马达轴设置的多个顶部磁性材料件162。空间164位于邻近顶部磁性材料件之间，以允许空气流流入或流出马达结构，以提高冷却。在某些实施例中，马达结构可以包括掩蔽物或网状物以防止外部微粒通过顶部磁铁之间的空间进入马达。顶部磁铁162具有如此排列的磁极，使得例如，它们的北极面向纸外。技术熟练的读者可以理解顶部磁铁并不一定要是圆盘形，其它带有孔或不带有孔的形状可以提供不同的优点。例如楔形顶部磁铁将提供增加的表面积和通过顶部气隙的(未示出)的增加的磁通量。

在根据本发明教导的原理的扬声器的单个声音线圈实施例中的整个线性振幅大致等于：

((NG-K+1)*HS)+((NS-K+1)*HG)

其中K是声音线圈在某时起作用的磁气隙的数量，NG是磁性气隙的数量，NS是磁性气隙之间的空间的数量(换句话说NG-1)，HG是磁性气隙的高度，且HS是相邻磁性气隙之间的空间的高度，只要K少于NG。

图10示出了利用混合性结构的双气隙扬声器170的第九实施例。扬声器包括极板172和是外部环形磁铁的第一磁铁20。环形外部顶板或返回路径件174与第一磁铁磁耦合且在环形外部顶板和极板的极片之间限定底部磁性气隙176。可以是盘形磁铁的内部顶磁铁130与极板的顶部磁耦合，且其磁极相对于扬声器的轴与第一磁铁的磁极相反定向。内部顶板126与内部顶磁铁磁耦合。顶部磁性气隙在环形外部定板和内部定板之间限定。通过两个磁性气隙的磁通相对于极片或磁铁返回路径件是相同方向的。声音线圈28和线轴组件在磁性气隙中跨过。

图11示出了利用不同的混合结构双气隙扬声器180的第十实施例。扬声器包括可以含有后板182和侧壁件184的杯，或它可以是整体的结构。可以是盘形磁铁的内部磁铁124是第一磁铁且与杯磁耦合。可以另外被当作极片的延伸的内部顶板件186与第一磁铁磁耦合。外部环形顶部磁铁56与杯磁耦合，可选择的位于非磁性传导散热件188之上，且具有相对于扬声器的轴与第一内部磁铁相对定向的磁极。内部顶板58与外部磁铁磁耦合，极片186在其本身和杯之间限定底部磁性气隙，且顶部磁性气隙在其本身和外部顶板之间，可选择地，为了减少其重量和改进马达结构的冷却，极片可以配置有孔190。在某些实施例中，孔可以延伸通过极片，内部第一磁铁(其是一个环形磁铁)和杯。声音线圈28和线轴组件30在磁性气隙中跨过。

返回路径

图12示出了本发明的扬声器200的一个实施例。振动膜组件与上述的振动膜组件大致相同。与现有技术相同，扬声器的磁铁组件包括极片，第一磁铁20，第一板24和补偿磁铁33。由补偿板或低磁阻返回路径板35限定的补偿磁性气隙202不是驱动磁性气隙且没有声音线圈位于其中。而且，磁性气隙202是用于从驱动板24到位于补偿板35上的补偿磁铁33的磁通的低磁阻返回路径。具有与第一或驱动磁性气隙26的磁通方向相反的磁通的这个第二次铁气隙不仅用作增加通过驱动磁性气隙的磁通(通过提供用于补偿磁铁的低磁阻返回路径)，而且提供补充作用以减少振动膜组件的过于延伸。在通常的操作中，振动膜组件在低磁阻返回路径的磁性气隙中是电磁惰性的，但是，在最高的振幅情况下，声音线圈可以进入补偿磁性气隙，其由于在补偿磁性气隙中与驱动磁性气隙的磁通方向相反的磁通而产生补偿作用。在某些实施例中，补偿磁铁可以制作的小于第一驱动磁铁。

补偿板也叫作返回路径板。

图13示出了根据本发明的扬声器210的另一个实施例，其中扬声器包括与图2A中相似的双磁性气隙结构。扬声器包括极板12，第一磁铁20，带有磁性气隙26的第一板24，补偿磁铁33和带有磁性气隙202的补偿板35。扬声器进一步包括定向为与第一磁铁极性相同且位于第一板和补偿磁铁之间的第二磁铁或磁性材料件56，以及产生与越过第一驱动磁性气隙的磁通方向相同的第二驱动磁性气隙60的第二驱动板58。这种结构具有双磁性气隙的优点，如增加的线性振幅，增加补偿板的优点。补偿板不仅可以用于增加越过其相邻驱动气隙中的磁通密度，而且减小或避免在返回路径件(极片或杯)中的磁饱和。在某些多个驱动磁性气隙的实施例，如示出的，可以有单声音线圈，或多个声音线圈(其可以以相同的方向缠绕且以同相驱动，或以相反方向缠绕且不同相驱动)。在某些实施例中，第二磁铁可以由垫片替换。

图14示出了与图6相似的扬声器220，增加了具有在非驱动磁性气隙222到顶部磁铁118的低磁阻返回路径上的返回路径板35。

图15示出了与图7相似的内部磁铁结构扬声器230的另一个实施例。扬声器包括磁传导杯232，第一驱动磁铁124，和在第一驱动板和杯之间限定第一磁性气隙的第一的驱动板126。扬声器可以进一步包括第二驱动磁铁130和限定第二驱动磁性气隙的第二驱动板132。可替换地，元件130可以是非传导垫片，在这种情况下，上部磁铁234提供用于上部驱动磁性气隙134的大致所有磁通。这两个(或更多)驱动磁铁定向为相同的极性，使得它们的磁通在相同方向上越过两个(或更多)各个的磁性气隙。

如图所示，杯可以是整体的结构，或者它可以通过将单独的后和侧件连接成。在大多数实施例中，可以发现在杯中设置的补偿板是有益处的。在其它施例中，可以将补偿板稍许放在杯的外侧(或上面)，虽然返回路径的效率折衷。

图16示出了外部磁铁结构扬声器240的另一个实施例，其包括极板12，第一驱动磁铁20，第一驱动板24，补偿磁铁33和第二驱动板58，像图13所示，扬声器由附加的与极板连接的磁传导屏蔽242屏蔽。屏蔽包括限定用于补偿磁铁的低磁阻返回路径246和与极板磁耦合的圆柱部分248。在不同的替换性实施例中，板部分和圆柱部分可以彼此连接，或形成一个整体单元。在其它实施例中，圆柱部分可以由极板的内部形成。在某些实施例中，非磁传导垫片(未示出)可以位于第一和第二驱动板之间以有助于将它们保持在适当的位置。在一些这种实施例中，垫片可以接触屏蔽的圆柱部分以改进热量从驱动磁性气隙中传输。在某些情况下，有利的是，将屏蔽，补偿磁铁和第二驱动板分别与驱动机组件的其它部分分隔，以更容易的磁化各个磁铁。有利的是，即使在顶部磁铁和顶部驱动板机械的连接于屏蔽的的情况下，在驱动板之间提供非磁传导垫片(未示出)，以加强整个结构和帮助防止元件移动或变松。

图17示出了内部磁铁结构的扬声器250，其特别适用于高能量应用，在此应用中必须从扬声器移走大量的热。扬声器包括包覆环形第一驱动磁铁254的杯252和限定第一驱动磁性气隙的环形第一驱动板256，然而传统的内部磁铁结构扬声器应该具有盘形磁铁和板。非磁传导片258或垫片延伸通过第一驱动板和第一磁铁，且与在马达或磁铁组件外面的散热件260耦合。在某些实施例中，散热件也可以与杯热接触(如示出的)。根据两个磁铁的相对强度和各种其它元件的尺寸，顶部驱动板可以从底部磁铁中得到部分的磁通(如示出的)，或者底部驱动板可以从顶部磁铁得到它的磁通。

第二驱动板262位于杯中以限定第二驱动磁性气隙且可以是盘形的或环形的。该第二驱动板可以与片的顶部连接，使得片的顶部的厚度决定驱动磁铁之间的距离。补偿磁铁264连接在第二驱动板和补偿板266之间。补偿板限定从杯到补偿磁铁的非驱动低磁阻返回路径。可以具有单声高线圈或每一驱动磁性气隙可以具有它自己的声音线圈。在某些实施例中，在补偿磁铁和舌片之间具有附加的驱动板和磁铁(未示出)。舌片和散热件可以是任何适合的具有适当的热传导特性的非磁传导的材料的形成，如铝。

图18示出了与图10相似的混合结构的扬声器270的另一实施例。扬声器包括与内部顶部驱动磁铁130的磁极相反的与外部第一驱动磁铁20的磁极相同的内部补偿磁铁。在某些实施例中，元件130可以是软磁材料，且可以在马达的组装之后，制造者可以同时给两个磁铁20和磁铁272冲磁。内部低磁阻路径板或补偿板274与补偿磁铁磁耦合，并且限定返回外部返回路径174的非驱动返回路径磁性气隙276。

图19示出了与图11和14相似的混合结构扬声器280的另一实施例。扬声器包括与含有内部第一驱动磁铁124和内部极片186的杯183连接的驱动板185，且与图11的实施例相似，极片和杯限定下部驱动磁性气隙。从外部，扬声器包括散热件112，环形板116和外部补偿磁铁118。且与图14的实施例相同，其中极片和外部板限定上部驱动磁性气隙。与图14的实施例相似，扬声器还包括外部返回路径板282(与图14的板35类似)，其具有用于从极片到补偿磁铁的磁通的低磁阻返回路径。内部磁铁和外部磁铁的磁极在相同的方向，这允许磁铁的同时去充磁或磁化。在某些实施例中，散热件和框架可以是一个整体的结构，其中框架或篮框变为散热件的相对结构的一部分。

图20示出了外部磁铁结构换能器290的另一实施例，其包括极板12，第一磁铁20，驱动板24，补偿磁铁33和与极板和补偿磁铁耦合的外部屏蔽242。驱动板具有延伸的内部边缘以促进向下伸出的声音线圈位于伸长的驱动磁极气隙26中。通过位于极片和屏蔽之间的非驱动磁性气隙提供有从极片到补偿磁铁的低磁阻返回路径246。

图21示出了内部磁铁结构的换能器300的另一实施例，其包括杯122，第一驱动磁铁124，驱动板126，补偿磁铁234和返回路径236。声音线圈在驱动磁性气隙128中起作用，且通过在杯和返回路径板之间的非驱动磁性气隙具有低磁阻返回路径238。

图22示出了内部磁铁结构换能器310的另一个实施例，其包括杯122，第一驱动磁铁124、限定下部驱动磁性气隙128的下部驱动板126、非磁传导垫片212、限定上部驱动磁性气隙134的上部驱动板132、补偿磁铁234和返回路径板236，该返回路径板236提供越过非驱动气隙的低磁阻返回路径，即从杯到补偿磁铁的低磁阻返回路径。

结论

说明书中的参考“实施例”，“一个实施例”，“一些实施例”或“其它实施例”意味着结合包括在本发明的至少一些实施例，但不一定是本发明全部实施例描述的特殊的特征，结构或特点。各种表达的“实施例”，“一个实施例”或“一些实施例”并不是必须指相同的实施例。

如果说明书陈述元件，特征，结构，或特点“可以”，“可能”或“能够”包括，则指那些特殊的元件，特征，结构或特点不是必须要包括。如果说明书或权利要求指“一个”元件，不是表示仅仅是一个元件。如果说明书或权利要求指“一个附加的”元件，则也不排除多于一个附加元件。

在权利要求中，短语“磁耦合”意思是“磁连接于”或换句话说，“是在磁通路连接“，而不是“通过磁吸引力的方式机械固定”。在权利要求中，惯用语“气隙”表示“其上磁通聚集的气隙”，而不是限定于这种气隙中实际上填充了空气的情况；在某些应用中，气隙可以填充任何适合的气体或液体，如磁性液体，或甚至是真空的。

当一个元件被说成与另一个元件“邻接”时，它不能认为是表示在这两个元件之间完全没有东西，仅仅表示它们在所示顺序上。

在各种图中示出的多个结构可以以许多方式结合，且不能认为是这里解释的和示出的特殊实施例的限制。

具有这里揭示的利益的本领域技术人员将会理解对前述的说明和附图的许多其它的变化不会超出本发明的范围。实际上，本发明并不限于上述的细节。而且，包括任何修正的下述实施例在此限定本发明的范围。

Claims (10)

1.一种电磁换能器，包括：

第一磁马达元件，限定至少一个驱动磁性气隙，每一个驱动磁性气隙具有定向在相同的第一方向的磁通；

第二磁铁马达元件，限定非驱动磁性气隙，该非驱动磁性气隙具有定向在与第一方向相对的第二方向的磁通且具有用于驱动磁性气隙之一的低磁阻返回路径；和

振动膜组件，包括振动膜，耦合于该振动膜的线轴，至少一个连接于线轴且位于在驱动磁性气隙的至少一个中的声音线圈，其中该振动膜组件在非驱动磁性气隙延伸，且基本上电磁惰性的。

2.一种电磁换能器，包括：

包括极片和后板的极板；

第一驱动板，在第一驱动板和极片之间限定第一驱动磁性气隙；

第一驱动磁铁磁，耦合于且位于后板和第一驱动板之间；

补偿磁铁，磁耦合于第一驱动板且位于从第一驱动磁铁方向的第一驱动板的相对侧上，且具有与第一驱动磁铁的磁极相反的磁极；

返回路径板，磁耦合于该补偿磁铁且位于从第一驱动板方向的补偿磁铁的相对侧上，且限定非驱动磁性气隙以提供从极片到补偿磁铁的低磁阻返回路径；

振动膜组件，包括振动膜，耦合于该振动膜的线轴和耦合于该线轴且位于第一驱动磁性气隙中的第一声音线圈，其中该振动膜组件在非驱动磁性气隙中基本上是电磁惰性的。

3.根据权利要求2的电磁换能器，进一步包括：

磁性材料件，与第一驱动磁铁相对，磁耦合于第一驱动板；

第二驱动板，在第二驱动板和极片之间限定第二驱动磁性气隙，且位于补偿磁铁和该磁性材料件之间；以及

振动膜组件进一步包括连接于线轴且位于第二驱动磁性气隙中的声音线圈绕组。

4.根据权利要求3的电磁换能器，进一步包括：

第二驱动磁铁，设置在第二驱动板和第一驱动板之间，且其磁极定向为与第一驱动磁铁的磁极方向相同。

5.根据权利要求2的电磁换能器，进一步包括：

非磁传导散热件，连接于在第一驱动磁铁和补偿磁铁之间的第一驱动板；

第二驱动板，在第二驱动板和极片之间限定第二驱动磁性气隙，且设置在补偿磁铁和散热件之间；以及

振动膜组件，进一步包括与线轴耦合且位于在第二驱动磁性气隙中的声音线圈绕组。

6，一种电磁换能器，包括：

杯；

第一驱动磁铁，设置在杯中且与杯磁耦合；

第一驱动板，设置在杯中且与第一驱动磁铁磁耦合，位于来自杯的第一驱动磁铁的相对侧，且在第一驱动板和杯之间限定第一驱动磁性气隙；

补偿磁铁，设置在杯中且与第一驱动板磁耦合，且具有与第一驱动磁铁的磁极相反的磁极；

返回路径板，大致设置在杯中且与补偿磁铁磁耦合，且位于从第一驱动板方向补偿磁铁的相对侧，且限定非驱动磁性气隙以提供从杯到补偿磁铁的低磁阻返回路径；以及

振动膜组件，包括振动膜，耦合于该振动膜的线轴，耦合于该线轴且位于第一驱动磁性气隙中的第一声音线圈，其中该振动膜组件在非驱动磁性气隙中基本上是电磁惰性的。

7.一种音频扬声器，包括：

(A)磁传导轭；

(B)至少一个磁铁/板对，每一对包括，

(i)驱动磁铁，其磁极相对于轭在第一方向定向，

(ii)磁性驱动板，在与轭相反的方向与驱动磁铁磁耦合，

(iii)磁性驱动气隙，在磁性驱动板和轭之间限定；

其中

(a)最底部磁铁/板对的磁铁与轭磁耦合，以及

(b)每一磁铁/板对的磁铁，如果有的话，只要不是最底部的，都与随后的较低磁铁/板对的磁性驱动板磁耦合；

(C)补偿磁铁，相对于磁铁/板对，与最顶部磁性驱动板磁耦合，且其磁极相对于轭定向在第二方向上，其中第二方向大致与第一方向相对；

(D)返回路径板，相对于磁铁/板对，与补偿磁铁磁耦合，且限定非驱动磁性气隙以在补偿磁铁和轭之间提供低磁阻返回路径；以及

(E)振动膜组件，与轭机械耦合，且包括

(i)振动膜，

(ii)与振动膜耦合的线轴，以及

(iii)至少一个声音线圈，耦合于该线轴以位于磁性驱动气隙中，且在振动膜组件的线性振幅过程中停留在非驱动磁性气隙之外。

8.根据权利要求7的音频扬声器，其中轭包括杯且磁铁/板对在杯内。

9.根据权利要求7的音频扬声器，其中轭包括含有极片的极板且磁铁/板对在极片之外。

10.一种电磁换能器，包括：

内部永磁铁；

至少一个内部软磁铁，与内部永磁铁磁耦合；

外部永磁铁；

至少一个外部软磁铁，与外部永磁铁磁耦合；

至少一个驱动磁性气隙，限定在一个所述内部软磁铁和一个所述外部软磁铁之间，其中通过每一个驱动磁性气隙的磁通是在相同的方向。

低磁阻返回路径磁性气隙，限定在所述内部软磁铁和所述外部软磁铁之间，其中越过低磁阻返回路径磁性气隙中的磁通是在与第一方向相反的第二方向；以及

声音线圈组件，包括线轴和与线轴在适当的位置连接的电传导绕组，其中在声音线圈组件的线性振幅过程中绕组没有进入低磁阻返回路径磁性气隙。

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