聲換能器總成的製作方法
2023-07-07 10:15:36 2
聲換能器總成的製作方法
【專利摘要】一種用於具有大體等於空隙長度的移動線圈的聲換能器的驅動器。所述空隙自身可使用上唇緣或下唇緣或兩者而在長度上延伸。還提供了一種固定線圈。所述移動和所述固定線圈可由適當的控制塊控制來形成減少了扭曲的基於電磁的換能器。
【專利說明】聲換能器總成
【技術領域】
[0001]本文描述的實施方案涉及聲換能器。明確來說，描述的實施方案涉及聲換能器中使用的驅動器。
【背景技術】
[0002]許多聲換能器或驅動器使用移動線圈動態驅動器來產生聲波。在大多數換能器設計中，磁體提供具有空隙的磁通路徑。移動線圈與空隙中的磁通量起作用來移動驅動器。最初，電磁用來產生固定磁通路徑。這些基於電磁的驅動器經受高能耗和損失。聲驅動器還可由永久磁體製成。雖然永久磁體不耗能，但其具有有限的BH乘積，可能體積大且取決於磁性材料會是昂貴的。相反，基於電磁的驅動器不經受相同的BH乘積限制。
[0003]現今，已經開發了更有效的基於電磁的聲換能器，其併入了電磁的優點同時減小了其一些缺點的作用。然而，在基於電磁的聲換能器中，跨過空隙的磁通量的非線性會在再生成的聲音中併入不合需要的噪音。需要最小化或消除這種非線性。
【發明內容】
[0004]在一般方面，提供了一種用於聲換能器的驅動器，其包括:移動膜片；由磁性材料形成的驅動器主體，驅動器主體包括:中心支柱；外壁，其經由驅動器主體的底部耦接到中心支柱；和環形板，其從外壁朝向中心支柱向內延伸；耦接到膜片的移動線圈，移動線圈至少部分布置在形成於環形板與中心支柱之間的空隙內；和固定線圈，其布置在由環形板、夕卜壁、底部和中心支柱界定的空腔內。
[0005]在一些情況中，環形板包括上唇緣，其布置在環形板的內端，上唇緣遠離空腔延伸來延伸空隙。在一些情況中，空隙在上唇緣的外部比在環形板的中部具有更大寬度。在一些情況中，隨著上唇緣遠離環形板延伸，上唇緣的寬度漸縮成更窄。
[0006]在一些情況中，環形板包括下唇緣，其布置在環形板的內端，下唇緣延伸到空腔中來延伸空隙。在一些情況中，空隙在下唇緣的外部比在環形板的中部具有更大寬度。在一些情況中，隨著下唇緣遠離環形板延伸，下唇緣的寬度漸縮成更窄。
[0007]在一些情況中，移動線圈具有大體等於空隙的空隙長度的移動線圈長度。移動線圈長度是移動線圈最大行程的至少400%。
[0008]在一些情況中，驅動器主體在底部與外壁之間具有漸縮外拐角。在一些情況中，驅動器主體在外壁與環形板之間具有漸縮外拐角。在一些情況中，驅動器主體具有中心支柱的漸縮上內部。
[0009]在一些情況中，環形板的內面不平行於中心支柱。在一些情況中，空隙在空隙的外部更寬且在空隙的中部更窄。
[0010]在一些實施方案中，驅動器還包括至少一個額外環形板，所述至少一個額外環形板界定至少一個額外空隙和至少一個額外空腔。
[0011]在一些情況中，至少一個額外環形板的內部耦接到中心支柱的上部，其還包括布置在至少一個額外空腔內的額外固定線圈，其中額外固定線圈具有額外磁通路徑，其在固定線圈的磁通路徑的相反方向上旋轉。
[0012]在一些實施方案中，驅動器還包括至少一個額外移動線圈，其分別布置在至少一個額外空隙內；和至少一個額外固定線圈，其分別布置在至少一個額外空腔內。
[0013]在另般方面。提供了一種聲換能器，其包括:音頻輸入終端，其用於接收輸入音頻信號；控制系統，其用於:產生至少一個時變固定線圈信號，其中固定線圈信號對應於音頻輸入信號；以及產生至少一個時變移動線圈信號，其中移動線圈信號對應於音頻輸入信號和固定線圈信號；和根據實施方案的驅動器，驅動器電耦接到控制系統。
[0014]下文描述各個方面和實施方案的額外特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]現將詳細參考附圖描述本發明的多個實施方案，其中:
[0016]圖1是示例性基於電磁的聲換能器的剖面圖；
[0017]圖2是圖1的示例性聲換能器的斜視圖；
[0018]圖3A到圖3C是根據各個示例性實施方案的聲換能器的空隙的詳細剖面圖；
[0019]圖4是根據示例性實施方案的示例性驅動器的透視圖；
[0020]圖5是圖4的驅動器的截面圖；
[0021]圖6A到圖6F是用於圖4的驅動器的各個替代幾何形狀的截面圖；
[0022]圖7是另一示例性驅動器的截面圖；
[0023]圖8是又另一示例性驅動器的截面圖；和
[0024]圖9是又另一示例性驅動器的截面圖。
[0025]附圖的各個特徵不按規定比例繪製以便圖示下文描述的實施方案的各個方面。在附圖中，對應的元件一般由類似或對應的元件符號指定。
【具體實施方式】
[0026]首先參考圖1和圖2，其圖示了示例性基於電磁的聲換能器100。換能器100具有輸入終端102、控制塊104和驅動器106。圖1以截面圖示了驅動器106以及以方框圖形式圖示了換能器100的其餘部分。圖2以斜視圖更詳細地圖示了換能器100的部分，包括驅動器106。
[0027]控制塊104包括固定線圈信號產生塊108和移動線圈信號產生塊110。固定和移動線圈信號產生塊中的每一個耦接到輸入終端102。在操作時，在輸入終端102處接收輸入音頻信號Vi,且其被傳輸到固定線圈信號產生塊108和移動線圈信號產生塊110兩者。固定線圈信號產生塊108響應於輸入信號Vi在節點126處產生固定線圈信號Is。類似地，移動線圈信號產生塊110響應於輸入信號Vi在節點128處產生移動線圈信號Im。
[0028]驅動器106包括由磁性材料112組成的驅動器主體、膜片114、移動線圈架116、固定線圈118和移動線圈120。驅動器106還包括選用膜片支撐件或三腳架122和包圍物123。
[0029]由磁性材料112形成的驅動器主體一般是螺旋形且具有螺旋形空腔134。明確來說，驅動器主體可包括中心支柱160、底部149和外壁148。固定線圈118定位在空腔134內。在各個實施方案中，磁性材料112可由一個或多個部件形成，其可容許固定線圈118更容易地插入或形成在空腔134內。磁性材料112響應於固定線圈信號被磁化，在磁性材料中產生磁通量。磁性材料在其磁性電路138中具有環形或螺旋形空隙136且磁通量流動通過空隙136或在其附近。
[0030]磁性材料112可由能夠在存在磁場的情況下被磁化的任何材料形成。在各個實施方案中，磁性材料112可由兩種或兩種以上這種材料形成。在一些實施方案中，磁性材料可由疊片形成。在一些實施方案中，疊片可徑向組裝且可呈楔形使得合成磁性材料形成且疊片之間沒有間隙。
[0031]移動線圈120安裝在移動線圈架116上。移動線圈120耦接到移動線圈信號產生塊I1且接收移動線圈信號Im。膜片114安裝到移動線圈架116使得膜片114與移動線圈120以及移動線圈架116 —起移動。移動線圈120和移動線圈架116響應於移動線圈信號Im和空隙中的通量而在空隙136內移動。隨移動線圈架移動的聲換能器組件被稱為移動組件。當移動線圈架運動時固定的組件可被稱為固定組件。聲換能器的固定組件包括磁性材料112和固定線圈118。
[0032]在各個實施方案中，聲換能器可適於使防塵蓋132與磁性材料112之間的空間通風。舉例來說，磁性材料中可形成孔，或移動線圈架中可形成孔來使所述空間通風，從而減少或防止氣壓影響膜片的移動。
[0033]控制塊104響應於輸入信號Vi產生固定和移動線圈信號使得膜片114產生對應於輸入信號Vi的音頻波140。
[0034]固定和移動線圈信號對應於輸入信號且還相互對應。兩個信號都是時變信號，其中在聲換能器的操作期間，信號幅值無需固定在單一幅值。固定線圈信號Is中的變化在磁性材料112和空隙136中產生不同級別的磁通量。移動線圈信號Im中的變化造成膜片114的移動，來產生對應於輸入音頻信號Vi的聲音。在所不的實施方案中，固定和移動線圈信號產生塊相互耦接。固定線圈信號Is或固定線圈信號改版被提供到移動線圈信號產生塊110。移動線圈信號產生塊110適於部分響應於固定線圈信號Is以及輸入信號Vi產生移動線圈信號Im。
[0035]在其它實施方案中，固定線圈信號可響應於移動線圈信號和輸入信號產生。在一些其它實施方案中，移動和固定線圈信號產生塊可以不相互耦接，但所述塊中的一個或兩個可適於評估或模製由另一塊產生的線圈信號且接著響應於模製線圈信號和輸入信號產生其自身的各自線圈信號。
[0036]基於電磁的聲換能器的設計和操作(包括移動和固定線圈信號產生塊的進一步細節)描述於美國專利第8，139，816號，其全文以引用方式併入本文中。
[0037]在聲換能器中，「上懸」拓撲通常用於移動線圈，其中移動線圈120的長度超過空隙136的長度。相反，在一些其它聲換能器中，「下懸」拓撲可用於移動線圈，其中移動線圈120的長度小於空隙136的長度。
[0038]現參考圖3A到圖3C，圖示了根據各個實施方案的聲換能器100的空隙的詳細剖面圖。
[0039]圖3A圖示了聲換能器300A的電動機的下懸拓撲。在換能器300A中，空隙136通常具有長度匕。移動線圈120A具有長度1^，其小於長度G1。長度L1通常明顯小於長度G1,舉例來說，小於長度GJ^80%。
[0040]下懸拓撲的性能一般會受限於磁性材料112的頂板厚度，其可限制實體移位可能。此外，呈下懸拓撲的移動線圈的短繞組會在操作期間導致高溫，而芯體和磁性材料112外徑的存在會導致高感應係數和通量調製。
[0041]然而，因為移動線圈的形成通常受限，且還因為移動線圈全部或大部分保留在具有大體線性磁通量的空隙區域內，所以下懸拓撲一般享有相對線性性能特性。
[0042]圖3B圖示了用於聲換能器300B的電動機的上懸拓撲。在換能器300B中，空隙136還具有長度Gp然而，移動線圈120B具有長度1^2，其大於長度A。長度L2通常明顯大於長度G1，舉例來說，大於長度G1的120%。
[0043]與下懸拓撲相反，上懸拓撲可因較長繞組而在較低溫度下操作，且可被設計用於相對較大行程。然而，由於空隙136邊緣存在的磁通量的非線性，且還由於空隙外的非線性或弱磁通量，上懸移動線圈會經受因非線性性能特性引起的明顯扭曲。
[0044]圖3C圖示了用於聲換能器300C的電動機的平衡或平懸拓撲。在換能器300C中，空隙136具有長度G1，且移動線圈120C具有長度L3，其大體等於長度G1 (例如在長度G1的約5%到10%內)。
[0045]在與目標行程比較G1較大的情況下，平衡拓撲可享有類似於常規上懸設計的線性性能(即較不扭曲)，同時還比下懸設計提供更大的行程和更好的溫度性能。此外，空隙和移動線圈的匹配長度針對相同線性行程減小了磁阻，其容許明顯較少磁化電流來產生相同總通量。然而，具有大G1 L3的平衡拓撲將需要磁性材料112的相對較厚頂板，這會明顯增加換能器的重量和成本。
[0046]因此，需要的是一種延伸移動線圈長度的方式(類似於上懸設計)以及一種延伸空隙長度的方式(類似於下懸設計)，而不使換能器的頂板厚得不切實際。
[0047]現參考圖4和圖5，圖示了具有平衡拓撲驅動器400的示例性基於電磁的聲換能器。圖4以透視圖圖示了驅動器406且圖5以截面圖圖示了驅動器406。
[0048]驅動器406 —般類似於圖1和圖2的驅動器106。明確地說，驅動器406包括磁性材料412、膜片414、移動線圈架416、固定線圈418和移動線圈420。
[0049]磁性材料412通常是螺旋形且具有螺旋形空腔434。固定線圈418定位在空腔434內。在各個實施方案中，磁性材料412可由一個或多個部件形成，其可容許固定線圈418更容易地插入或形成在空腔434內。磁性材料412響應於固定線圈信號被磁化，在磁性材料中產生磁通量。磁性材料在其磁性電路438中具有環形或螺旋形空隙436且磁通量流動通過空隙436或在其附近。
[0050]磁性材料412可由能夠在存在磁場的情況下被磁化的任何材料形成。在各個實施方案中，磁性材料412可由兩種或兩種以上這種材料形成。在一些實施方案中，磁性材料可由疊片形成。在一些實施方案中，疊片可徑向組裝且可呈楔形使得合成磁性材料形成且疊片之間沒有間隙。在一些實施方案中，磁性材料412可由兩件或兩件以上形成，其可經由摩擦配合或另一合適的組裝方式被組裝在一起。
[0051]在一些實施方案中，磁性材料可具有形成在其頂板、底板或側壁中的一個或多個孔452，其可用來從控制塊排程電線或用於通風。
[0052]移動線圈420安裝在移動線圈架416上。移動線圈420可耦接到移動線圈信號產生塊，諸如換能器100中的塊110。膜片414安裝到移動線圈架416使得膜片414與移動線圈420以及移動線圈架416 —起移動。移動線圈420和移動線圈架416響應於移動線圈信號和空隙中的通量而在空隙436內移動。隨移動線圈架移動的聲換能器組件被稱為移動組件。當移動線圈架運動時固定的組件可被稱為固定組件。聲換能器的固定組件包括磁性材料412和固定線圈418。
[0053]磁性材料412包括朝向中心支柱460向內延伸、遠離磁性材料412的外末端延伸的頂板440。在接近空隙436處，頂板440具有上唇緣442，其布置在環形板內端且遠離空腔434和頂板440延伸來延伸空隙436的長度，或具有下唇緣444，其布置在環形板內端且延伸到空腔434中同樣來延伸空隙436的長度，或如圖所示的兩者。頂板440 —般對應於磁性材料412的螺旋形狀形成環形或螺旋形板。上唇緣442和下唇緣444兩者一般也是環形或螺旋形且用來增大在最接近空隙處的頂板厚度，因此增大空隙的有效長度。在一些情況中，上唇緣或下唇緣可隨著其延伸離開頂板而漸縮。
[0054]為了減輕扭曲，移動線圈420可具有是期望行程長度的至少400 %且一般在400 %與500%之間的長度。替代地或此外，空隙可被延伸來減輕扭曲。同樣地，其它技術可用來定形磁通量，如本文更詳細描述。
[0055]現參考圖6A到圖6F，示出了用於驅動器的各個替代幾何形狀的截面圖。未示出圖示的驅動的各個元件，諸如移動線圈架420和固定線圈418以便不使各自幾何形狀模糊。
[0056]現參考圖6A，圖示了具有磁性材料412的驅動器606A，其包括中心支柱460。驅動器606A具有上唇緣442A，其一般比下唇緣444A更短且更窄。
[0057]現參考圖6B，圖示了具有磁性材料412的驅動器606B，其包括中心支柱460。驅動器606B具有上唇緣442B，其一般比下唇緣444B更短且更窄。驅動器606B的磁性材料412的部分已經在612、614和616處移除，從而在底部與外壁之間且在外壁與環形板之間造成漸縮外拐角。中心支柱的上內部分也漸縮。與其餘磁性材料412比較，移除的部分對應於具相對較低通量密度的材料體積。因此，低通量密度部分的移除對驅動器通量或性能極少有或沒有影響，同時減少了重量和材料成本。
[0058]現參考圖6C，圖示了具有磁性材料412的驅動器606C，其包括中心支柱460。驅動器606C具有上唇緣442C和下唇緣444C。驅動器606C還具有定形空隙436C，其中從中心支柱460到上唇緣442C的外邊緣或下唇緣444C的外邊緣或兩者的空隙大於向內位於各自外邊緣的空隙436C』。因此，空隙可在上唇緣(下唇緣)的外部比在環形板的中部具有更大寬度。另外，由環形板和任何上唇緣或下唇緣形成的內面不平行於中心支柱，造成空隙在空隙外部較寬且在空隙中部較窄。
[0059]雖然圖6C中圖示了平滑彎曲、凸起或橢圓形形狀，但其它幾何形狀也可用於減小空隙中部中的空隙距離。舉例來說，可使用三角形、梯形、拋物線形、高斯曲線形或其它形狀。
[0060]空隙的彎曲或漸縮形狀造成空隙中部中的通量密度相對較高。當中部中的BL(即，移動線圈長度X通量密度)仍由移動線圈連結時，這一般提高了高行程下的線性。這還具有針對高行程長度提高BL的作用。
[0061]現參考圖6D，圖示了具有磁性材料412D的驅動器606D，其包括中心支柱460D。驅動器606D具有上唇緣442D和下唇緣444D。驅動器606D的中心支柱460D和磁性材料412D具有徑向圓形輪廓。如圖6C的驅動器606C，圓形輪廓消除了含有相對較低通量密度的磁性材料部分。
[0062]現參考圖6E，圖示了具有磁性材料412和中心支柱460的驅動器606E。驅動器606E僅具有下唇緣444E。
[0063]現參考圖6F，圖示了具有磁性材料412和中心支柱460的驅動器606F。驅動器606F僅具有上唇緣444F。
[0064]現參考圖7，圖示了具有磁性材料412和中心支柱460的驅動器706。與圖4的驅動器406形成對比，驅動器706具有多個環形板740A、740B和740C，其中每個包括各自下唇緣744A、744B和744C。在一些實施方案中，環形板740A、740B和740C中的每一個可具有單獨或與各自下唇緣組合的上唇緣(未示出)。
[0065]由環形板的下唇緣或上唇緣(如果存在)形成的空腔部分734A、734B和734C可含有單獨固定線圈(未示出)。同樣，可提供多個移動線圈(未示出)，其對應於在中心支柱460與下唇緣744A、744B和744C之間形成的各自空隙736A、736B和736C。
[0066]為了防止磁性材料從相鄰線圈抵消，固定線圈的繞組窗的面積從空腔部分734A到734C逐漸增大，使得固定線圈的尺寸從「頂部」到「底部」增大。這驅動了通量進入驅動器706的中心。
[0067]現參考圖8，圖示了具有磁性材料412和中心支柱460的驅動器806。驅動器806一般類似於驅動器706，除了環形板840A、840B和840C沒有上唇緣或下唇緣之外。
[0068]在驅動器806中，空隙836A、836B和836C被尺寸化來分別相對於固定線圈818A、818B和818C的高度產生厚間隙。這種厚間隙的產生導致磁通量的邊緣現象，其造成空隙上方通量密度的消除。
[0069]現參考圖9，圖示了具有磁性材料912和中心支柱960的驅動器906。驅動器906一般類似於驅動器406，除了驅動器906的頂部接觸中心支柱960使得空隙936包含在驅動器906內之外。
[0070]驅動器906包括兩個固定線圈918A和918B，其以推拉方式配置。因此，固定線圈918A用於磁通路徑991，而固定線圈918B用於在與通量路徑991相反的方向上旋轉的相對磁通路徑992。因此，大多數或全部磁通量可完全包含在磁性材料912內，使得其穿過移動線圈(未示出)。這會造成超過開口空隙設計20%至30%之間的效率增益。然而，舉例來說，必須通過提供穿過磁性材料中的一個或多個孔的一個或多個支柱來提供音圈到揚聲器紙盆的合適附接。
[0071]上文描述的各個實施方案以方框圖級別描述且使用一些離散元件來圖示實施方案。包括上述實施方案的本發明實施方案可在數位訊號處理裝置中執行。
[0072]本文已經僅通過舉例描述本發明。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可對這些示例性實施方案作出各種修改和變更，其僅受限於附屬權利要求。
【權利要求】
1.一種用於聲換能器的驅動器，其包括: -移動膜片； -由磁性材料形成的驅動器主體，所述驅動器主體包括: -中心支柱； -外壁，其經由所述驅動器主體的底部耦接到所述中心支柱；和 -環形板，其從所述外壁朝向所述中心支柱向內延伸； -耦接到所述膜片的移動線圈，所述移動線圈至少部分布置在形成於所述環形板與所述中心支柱之間的空隙內；和 -固定線圈，其布置在由所述環形板、所述外壁、所述底部和所述中心支柱界定的空腔內。
2.根據權利要求1所述的驅動器，其中所述環形板包括上唇緣，所述上唇緣布置在所述環形板的內端，所述上唇緣遠離所述空腔延伸來延伸所述空隙。
3.根據權利要求2所述的驅動器，其中所述空隙在所述上唇緣的外部比在所述環形板的中部具有更大的寬度。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的驅動器，其中隨著所述上唇緣遠離所述環形板延伸，所述上唇緣的寬度漸縮成更窄。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的驅動器，其中所述環形板包括下唇緣，所述下唇緣布置在所述環形板的內端，所述下唇緣延伸到所述空腔中來延伸所述空隙。
6.根據權利要求5所述的驅動器，其中所述空隙在所述下唇緣的外部比在所述環形板的中部具有更大寬度。
7.根據權利要求5或權利要求6所述的驅動器，其中隨著所述下唇緣遠離所述環形板延伸，所述下唇緣的寬度漸縮成更窄。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的驅動器，其中所述移動線圈具有大體等於所述空隙的空隙長度的移動線圈長度。
9.根據權利要求8所述的驅動器，其中所述移動線圈長度是所述移動線圈最大行程的至少400%。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的驅動器，其中所述驅動器主體在所述底部與所述外壁之間具有漸縮外拐角。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的驅動器，其中所述驅動器主體在所述外壁與所述環形板之間具有漸縮外拐角。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的驅動器，其中所述驅動器主體具有所述中心支柱的漸縮上內部。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的驅動器，其中所述環形板的內面不平行於所述中心支柱。
14.根據權利要求13所述的驅動器，其中所述空隙在所述空隙的外部更寬且在所述空隙的中部更窄。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的驅動器，其還包括至少一個額外環形板，所述至少一個額外環形板界定至少一個額外空隙和至少一個額外空腔。
16.根據權利要求15所述的驅動器，其中所述至少一個額外環形板的內部耦接到所述中心支柱的上部，其還包括布置在所述至少一個額外空腔內的額外固定線圈，其中所述額外固定線圈具有額外磁通路徑，其在所述固定線圈的磁通路徑的相反方向上旋轉。
17.根據權利要求15所述的驅動器，其還包括:至少一個額外移動線圈，其分別布置在所述至少一個額外空隙內；和至少一個額外固定線圈，其分別布置在所述至少一個額外空腔內。
18.—種聲換能器,其包括: -音頻輸入終端，其用於接收輸入音頻信號； -控制系統，其用於: -產生至少一個時變固定線圈信號，其中所述固定線圈信號對應於所述音頻輸入信號；以及 -產生至少一個時變移動線圈信號，其中所述移動線圈信號對應於所述音頻輸入信號和所述固定線圈信號；和 -根據權利要求1至17中任一項所述的驅動器，所述驅動器電耦接到所述控制系統。
【文檔編號】H04R9/00GK104429101SQ201380036092
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年2月7日 優先權日:2012年7月6日
【發明者】J.B.弗倫奇 申請人:哈曼貝克自動系統製造有限責任公司