专利名称：电磁换能器和便携式通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在便携式通信设备、例如蜂窝电话或寻呼机中的电声换能器，用于响应输入呼叫再现警报、旋律或语音。
背景技术：
图18A和18B分别为传统的电磁型电声换能器(下文中称为“电磁换能器”)200的平面图和剖面图。传统的电磁换能器200包括一个圆筒形的壳体107和一个被设置用来盖住壳体107的下表面的盘形磁轭106。在磁轭106的中心部分设置了一个中心极103，该中心极103可以构成磁轭106的一个部分。线圈104绕在中心极103上。在与线圈104的外周相间隔的地方设置了一个环形的磁铁105，线圈104与将其整个包围的环形磁铁105的内周之间保持一个适当的间距。磁铁105的外周面紧贴壳体107的内周面。壳体107的上端支撑一个由非磁性盘构成的第一膜片100，使得第一膜片100与磁铁105、线圈104和中心极103之间存在一个适当的间距。在第一膜片100的中心部分设置了一个由磁性盘构成的第二膜片101，该第二膜片101与第一膜片100同心。
现在将描述上述的传统电磁换能器200的操作和效果。在没有电流流过线圈104的初始状态，由磁铁105、第二膜片101、中心极103和磁轭106构成一个磁路。结果，将第二膜片101朝磁铁105和中心极103吸引，达到一个与第一膜片100的弹力平衡的点。如果在这种状态下交流电流经线圈104，则在上述的磁路中产生一个交流磁场，从而在第二膜片101上产生驱动力。在第二膜片101上产生的这种驱动力与磁铁105产生的引力相互作用，使第二膜片101连同固定的第一膜片100从其初始位置振动。这种振动发出声音。
具有上述结构的电磁换能器200的共振频率取决于第一膜片100在第一膜片100的弹力与由磁铁105在第二膜片101上产生的引力平衡的状态下的形变。
图19示出了第一膜片100的力-位移曲线与磁铁105在第二膜片101上产生的引力之间的关系。图中的纵轴代表力，而图中的横轴代表第一膜片100的位移。如图19中所示，第一膜片100的力-位移曲线与引力曲线(由磁铁105在第二膜片101上产生)在A点相交。换句话说，交点A示出了弹力与静态引力的平衡点。共振频率由第一膜片在交点A处的弹性常数决定。
为了降低共振频率，必须提高该振动系统(即第一膜片100和第二膜片101)的质量或降低振动系统的弹性常数。但是，不希望提高振动系统的质量，因为这将导致电磁换能器200的效率降低。另一方面，把振动系统的弹性常数降得太低将会产生图19中虚线所示的力-位移特征曲线，该曲线不与引力曲线(由磁铁105在第二膜片101上产生)相交。结果，将把第二膜片101连同第一膜片100吸引到磁路上而不会在任何位置建立起平衡。
换句话说，由于必须将弹性常数保持在一定范围内使得弹性常数曲线与引力曲线相交，对共振频率有一个设计下限。尽管也可能通过降低引力来降低弹性常数，但这会导致所产生的驱动力降低，从而无法获得足够的再现声压级。
本发明概述根据本发明的电磁换能器包括第一膜片，被设置用来进行振动；第二膜片，设置在第一膜片的中心部分，该第二膜片由磁性材料制成；磁轭，设置成与第一膜片相对；中心极，设置在磁轭与第一膜片之间；线圈，设置成围绕中心极；第一磁铁，设置成围绕线圈；和第二磁铁，设置在第一膜片的与中心极相反的一侧。
在本发明的一个实施例中，该电磁换能器还包括第一壳体，用于支撑第一膜片；和第二壳体，其中设置有第二磁铁。
在本发明的另一个实施例中，该第二磁铁为盘形。
在本发明的又一个实施例中，该第二磁铁为环形。
在本发明的又一个实施例中，在第二磁铁为盘形的情况下，第二磁铁的外径等于或小于第二膜片的外径。
在本发明的又一个实施例中，在第二磁铁为环形的情况下，第二磁铁的外径等于或大于第二膜片的外径。
在本发明的又一个实施例中，该电磁换能器还包括位于第一膜片或第二膜片的至少一个表面的中心部分的第三磁铁。
在本发明的又一个实施例中，第二磁铁以与第一磁铁相同的方向被磁化。
在本发明的又一个实施例中，第二磁铁沿相对于通过中心极的中心的轴线的径向被磁化。
在本发明的又一个实施例中，第二膜片的厚度使得当第二膜片向中心极偏移一预定距离时发生磁饱和。
在本发明的又一个实施例中，第一膜片由磁性材料制成。
在本发明的又一个实施例中，第一膜片由非磁性材料制成。
在本发明的又一个实施例中，该电磁换能器还包括设置在第一磁铁与第一膜片之间的第一磁板。
在本发明的又一个实施例中，该第一磁板为环形。
在本发明的又一个实施例中，该电磁换能器还包括设置在第二磁铁上的第二磁板。
在本发明的又一个实施例中，该第二磁板为盘形。
在本发明的又一个实施例中，该第二磁板为环形。
在本发明的又一个实施例中，第一膜片的形状使得能够提供非线性位移特征，用来抵消在第二膜片上产生的驱动力的非线性。
在本发明的又一个实施例中，第一引力与第二引力的合力和第二膜片与中心极之间的距离之间的关系基本上是线性的；其中第一引力是由包括第一磁铁、中心极和磁轭的磁路在第二膜片上产生的引力，第二引力是由第二磁铁在第二膜片上产生的引力。
在本发明的又一个实施例中，第一膜片通过粘在第一壳体上而被固定。
在本发明的又一个实施例中，第一膜片通过插在第一壳体与第二壳体之间而被固定。
在本发明的又一个实施例中，第二壳体是一个盖子，用于保护第一膜片和第二膜片。
在本发明的另一个方面中，提供了一种包括上述任何一种电磁换能器的便携式通信设备。
在本发明的一个实施例中，该便携式通信设备还包括其中具有一个声孔的第三壳体，其中该电磁换能器被设置成第一膜片和第二膜片与该声孔相对。
在本发明的另一个实施例中，第二磁铁被设置在第三壳体中。
因而，这里描述的本发明的优点在于能够提供一种电磁换能器，该电磁换能器能再现低频范围而不必改变第一磁铁、或第一膜片和第二膜片的尺寸，而且该电磁换能器还能借助提高的驱动力以较高的声压级和较低的失真来再现声音。
本领域的技术人员阅读并理解了以下参照附图的详细描述后，将很清楚本发明的上述和其他优点。
附图的简要说明图1A是根据本发明例1的电磁换能器1000的第二壳体的平面图。
图1B是根据本发明例1的电磁换能器1000的剖面图。
图1C是根据本发明例1的电磁换能器1000的第二磁铁的平面图。
图2是根据本发明例1的电磁换能器1000的磁通矢量图。
图3中示出了在根据本发明例1的电磁换能器1000中第二磁铁的外径、引力和驱动力之间的关系。
图4是根据本发明例2的电磁换能器2000的剖面图。
图5是根据本发明例3的电磁换能器3000的剖面图。
图6是根据本发明例3的电磁换能器3000的磁通矢量图。
图7是根据本发明例4的电磁换能器4000的剖面图。
图8中示出了根据本发明例4的电磁换能器4000中第一膜片的力-位移特征曲线。
图9A是根据本发明例5的电磁换能器5000的平面图。
图9B是根据本发明例5的电磁换能器5000中第二磁铁的剖面图。
图10是根据本发明例5的电磁换能器5000的磁通矢量图。
图11示出了在根据本发明例5的电磁换能器5000中在第二膜片上产生的引力。
图12示出了在根据本发明例5的电磁换能器5000中在第二膜片上产生的驱动力。
图13中示出了在根据本发明例5的电磁换能器5000中第二磁铁19的外径、引力和驱动力之间的关系。
图14是根据本发明例6的电磁换能器6000的剖面图。
图15是根据本发明例6的电磁换能器6000的磁通矢量图。
图16A是根据本发明例7的电磁换能器7000的剖面图。
图16B和16C是根据本发明例7的电磁换能器7000中的第二薄磁板的平面图。
图17是装有根据本发明的电磁换能器的便携式通信设备的局部切剖立体图。
图18A是传统的电磁换能器的平面图。
图18B是传统的电磁换能器的剖面图。
图19示出了一个电磁换能器中第一膜片的力-位移曲线与一磁铁在第二膜片101上产生的引力之间的关系。
本发明的最佳实施例下面，将参照附图通过示例的方式描述本发明。
(例1)下面将参照图1A、1B和2描述根据本发明例1的电磁换能器1000。
图1A和1B分别是一个平面图和一个剖面图，示出了根据本发明例1的电磁换能器1000。
图2是根据本发明例1的电磁换能器1000的磁通矢量图。图2的磁通矢量图仅示出了相对于中心轴线(在图左侧示出)的半个电磁换能器。
如图1B中所示，根据本发明例1的电磁换能器1000包括一个圆筒形的第一壳体7和一个被设置用来盖住第一壳体7的下表面的盘形磁轭6。在磁轭6的中心部分设置了一个中心极3，该中心极3可以构成磁轭6的一个部分。线圈4绕在中心极3上。在与线圈4的外周相间隔的地方设置了一个环形的第一磁铁5，线圈4与将其整个包围的环形第一磁铁5的内周之间保持一个适当的间距。第一磁铁5的外周面与将其整个包围的第一壳体7的内周面之间保持一个适当的间距。第一壳体7的上端支撑一个由磁性盘构成的第一膜片1，使得第一膜片1能够振动。第一膜片1与线圈4之间、第一膜片1与中心极3之间存在一个适当的间距。在第一膜片1的中心部分设置了一个由磁性盘构成的第二膜片2，该第二膜片2与第一膜片1同心。设置了一个圆筒形的第二壳体10，以便盖住第一壳体7的上表面。在第二壳体10上设置了一个第二磁铁9，位于第二膜片2上方。第二磁铁9具有如图1C所示的盘形。例如可以将第一膜片1粘在第一壳体7上。或者，可以通过将第一膜片1插在第一壳体7与第二壳体10之间而将其固定。
如图1A中所示，在第二壳体10上形成了多个气孔12，使得从第一膜片1和第二膜片2产生的声音能够传播到外面。第二壳体10也用作一个盖子，保护第一和第二膜片1和2不受外界影响。在磁轭6中，沿圆周方向以预定间隔形成多个气孔8，使得线圈4与第一磁铁5的内周面之间的空间能够和位于第一膜片1与磁轭6之间的空间以外的外部空间相通。每个气孔8使空气能被释放到外部，以便降低第一膜片1上的声负荷。
下面，将描述上述电磁换能器1000的操作和效果。
在没有电流流过线圈4的初始状态，如图2中所示，由第一磁铁5、第一膜片1、第二膜片2、中心极3和磁轭6构成一个第一磁路。由第二磁铁9和第二膜片2构成第二磁路。
在该结构中，对于第二膜片2来说，由第一磁路产生的向下的引力与由第二磁路产生的向上的引力相互抵消。结果，由第一磁路产生的向下的引力不能使第一膜片1发生位移。
如果在该初始状态下交流电流经线圈4，则产生一交流磁场，从而在第二膜片2上产生驱动力。在第二膜片2上产生的这种驱动力与第一磁铁5产生的引力相互作用，使第二膜片2连同固定的第一膜片1从其初始位置振动。这种振动被传播为声音。
在这种情况下，由第一磁路产生的向下的引力不能使第一膜片1发生位移。因此，共振频率取决于图19中所示的第一膜片的力-位移曲线的原点附近的弹性常数。因而，根据本例的电磁换能器1000与存在初始偏移的情况、例如传统电磁换能器200的情况相比，具有较小的弹性常数，由此获得较低的共振频率。例如，在电磁换能器的直径约为15mm、第一膜片1和第二膜片2均由坡莫合金制成并且分别约为30μm和150μm厚的情况下，由于设置了第二磁铁9，可以将共振频率降低到大约1.6kHz至1kHz。
图3中示出了第二磁铁2的外径、引力和驱动力之间的关系。纵轴表示引力(实线)和驱动力(虚线)，而横轴表示第二磁铁2的外径。负引力值表示将第二膜片2朝第二磁铁9的方向吸引。假定根据本例的第二膜片2的直径约为4mm。
如图3中所示，当第二磁铁9的外径与第二膜片2的外径基本相等时引力基本为零，从而作用在第二膜片2上的向上和向下的引力处于平衡状态。当第二磁铁9的外径从这个值增大时，第二膜片2会被更强烈地朝中心极3的方向吸引，尽管第二磁铁9的体积会增加。另一方面，当第二磁铁9的外径减小时，第二膜片2会被朝第二磁铁9的方向吸引。从这些结果可以看出，当第二磁铁9的外径减小时，第二膜片2会被更强烈地朝第二磁铁9的方向吸引。
这些结果表明，当第二磁铁9的外径减小时，在第二磁铁9为某些特定直径的情况下，将第二膜片2朝第二磁铁9的方向吸引的引力可能太强。在这些情况下，可以通过用具有较小的厚度或较小的能量积的磁铁替代第二磁铁9来调整引力。通过用具有较小的厚度或较小的能量积的磁铁替代第二磁铁9，可以减小电磁换能器1000的尺寸，并且可以减少朝电磁换能器1000外部泄露的漏磁通。
如上所述，第二磁铁9的外径最好等于或小于第二膜片2的外径。
尽管根据本例将第二磁铁9的磁化方向示为与第一磁铁5相同，也可以以相反的方向对第二磁铁9和第一磁铁5进行磁化。
(例2)下面将参照图4描述根据本发明例2的电磁换能器2000。
图4是根据本发明例2的电磁换能器2000的剖面图。
根据图4中所示的电磁换能器2000，通过例如粘接的方式将一个第三磁铁11设置到第二膜片2上。第一磁铁405和第二磁铁409提供的效果分别与例1中描述的第一磁铁5和第二磁铁9相同。但是，对第一磁铁405和第二磁铁409各自的能量积进行了调整，从而在它们与第三磁铁11之间形成适当的磁路。除此之外，电磁换能器2000的结构与根据例1的电磁换能器1000相同。第三磁铁11的磁化方向与第一磁铁405和第二磁铁409相反。
除了在第二膜片2上设置了第三磁铁11之外，根据例2的电磁换能器2000的操作与根据例1的电磁换能器1000的操作相似。由于第三磁铁11的磁化方向与第一磁铁405和第二磁铁409的磁化方向相反，所以在第一膜片1偏移或振动时可以防止第一膜片1或第二膜片2被吸引到第一磁铁405或第二磁铁409上。
结果，可以提供一种非常耐用的电磁换能器，即使在使用电磁换能器很长一段时间以后第一膜片1的弹力发生了改变，也可以防止第一膜片1或第二膜片2被吸引到第一磁铁405或第二磁铁409上。
尽管第三磁铁11被示为设置在第二膜片2上，也可以将第三磁铁11设置在第一膜片1的下表面的中心。或者，可以将第三磁铁11设置在第一膜片1的上表面或下表面的中心。
(例3)下面将参照图5和6描述根据本发明例3的电磁换能器3000。
图5和6分别是根据本发明例3的电磁换能器3000的剖面图和磁通矢量图。图6的磁通矢量图仅示出了相对于中心轴线(在图左侧示出)的半个电磁换能器。
根据电磁换能器3000，由一第二壳体10支撑第二磁铁29，使得第二磁铁29位于第二膜片2上方。第二磁铁29沿相对于通过第二膜片2的中心的轴线的径向被磁化。除此之外，电磁换能器3000的结构与根据例1的电磁换能器1000相同。
根据例3的电磁换能器3000，由第一磁铁5、第一膜片1、第二膜片2、中心极3和磁轭6构成一个第一磁路。由第二磁铁29和第二膜片2构成第二磁路。第一和第二磁路的构成是基于与根据例1的电磁换能器1000相同的原理。根据例3的电磁换能器3000的操作与根据例1的电磁换能器1000基本上相似。
与例1的一个不同之处是第二磁铁29的磁化方向。如图6中所示，第二磁铁29按照与第二膜片2上的磁通矢量的方向相反的方向沿径向被磁化，从而可以更有效地形成磁路。结果，与例1(见图2的磁通矢量图)中相比，漏磁通减少了。
由于可以更有效地形成磁路，可以减小第二磁铁29的厚度。例如，在将沿径向磁化的铁氧体磁铁用作第二磁铁29的情况下，为了获得与例1中相似的效果所需的第二磁铁29的厚度将约为根据例1的第二磁铁9的厚度的1/3。
尽管将铁氧体描述为一种用作第二磁铁29的材料，也可以采用钕等材料来进一步减小第二磁铁29的厚度。还可以采用钐钴来制作第二磁铁29以便获得较好的热阻。
(例4)下面将参照图7和8描述根据本发明例4的电磁换能器4000。
图7是根据本发明例4的电磁换能器4000的剖面图。
根据如图7所示的电磁换能器4000，由非磁性材料(例如钛)制成的第一膜片31通过插在第一壳体7与第二壳体10之间而被固定。第一膜片31为盘形，使得该盘的一部分沿与盘的径向垂直的方向向上升起。第一磁铁705和第二磁铁709提供的效果分别与例1中描述的第一磁铁5和第二磁铁9相同。但是，由于第一膜片31是非磁性的，对第一磁铁705和第二磁铁709各自的能量积进行了调整，从而形成适当的磁路。除此之外，电磁换能器4000的结构与根据例1的电磁换能器1000相同。
下面将描述具有上述结构的电磁换能器4000的操作和效果。根据例4的电磁换能器4000的操作与根据例1的电磁换能器1000基本上相似。
在第一膜片31由非磁性材料制成的情况下，无论第一膜片31是什么形状，在第二膜片2上产生的引力和驱动力是恒定的。
总地来说，当正弦波电流输入到线圈4中时，在第二膜片2上产生的驱动力不一定呈现为一个在正侧(即，膜片远离磁路的方向)和负侧(即，膜片朝向磁路的方向)具有相同幅度的正弦波。例如，正侧与负侧之比可以为0.85∶1.00，使得驱动力朝负侧偏置。这种非线性可能引起谐波失真。
因此，根据例4，将第一膜片31的形状设计成第一膜片31的力-位移特征限定一个在第二膜片2上产生的偏置驱动力的相反量，从而抵消驱动力的非线性。
图8中示出了图7中所示的第一膜片31的力-位移曲线。第一膜片31的形状设计成，取决于朝正侧还是负侧变形而具有不同的弹性常数，即，第一膜片31的力-位移曲线限定上述的在第二膜片2上产生的偏置驱动力的相反量。结果，将驱动力与第一膜片31的弹力相结合的整个系统为第一膜片31提供一个基本上为线性的力-位移曲线，使得能以较低的失真度进行声音再现。
虽然在以上的示例中将第一膜片31的形状设计成盘的一部分沿垂直于盘径向的方向向上升起，但也可以对第一膜片31采用能够实现驱动特征的相反特征的任何形状。例如，第一膜片31的一部分可以是波浪形的。
虽然第一膜片31被描述为由非磁性材料制成以便于电磁换能器4000的设计，但也可以对第一膜片31采用磁性材料以获得增大的驱动力。虽然所描述的第一膜片31是通过插在第一壳体7与第二壳体10之间而被固定的，但第一膜片31也可以通过粘接的方式进行固定。
(例5)下面将参照图9A、9B和10描述根据本发明例5的电磁换能器5000。
图9A和10分别是根据本发明例5的电磁换能器5000的剖面图和磁通矢量图。图10的磁通矢量图仅示出了相对于电磁换能器5000的中心轴线(在图左侧示出)的半个电磁换能器。
根据如图9A所示的电磁换能器5000，由非磁性材料制成的第一膜片41通过插在第一壳体7与第二壳体10之间而被固定。第一膜片41为盘形，使得该盘的一部分沿与盘的径向垂直的方向向上升起。在第一膜片41的中心部分设置了一个由磁性盘构成的第二膜片22，以使该第二膜片22与第一膜片41同心。另外，在第二壳体10上设置了一个如图9B所示的环形的第二磁铁19，位于第二膜片22上方。一个环形薄磁板13设置在第一磁铁905的与第一膜片41相对的表面上。在第一磁铁905的内周面上，设置了一个用于容纳薄磁板13的凹入部分。
根据本例，第一膜片41由非磁性材料钛制成，厚度约为15μm；第二膜片22由坡莫合金制成，厚度约为50μm。第二膜片22的这样一个厚度使得当第一膜片41朝中心极3偏移时发生磁饱和。第二磁铁19沿其高度方向被磁化，如第一磁铁905那样。除此之外，电磁换能器5000的结构与根据如图7中所示的例4的电磁换能器4000相同。
下面将描述具有上述结构的电磁换能器5000的操作和效果。
在没有电流流过线圈4的初始状态，如图10中所示，由第一磁铁905、薄磁板13、第二膜片22、中心极3和磁轭6构成一个第一磁路。由第二磁铁19和第二膜片22构成第二磁路。
设置如图9A中所示的薄磁板13可以有效地让交流磁通流经第二膜片22，从而增加驱动力。结果，提高了再现声压级。
由于根据本例的第一膜片41是由非磁性材料钛制成的，所以在图10中所示的磁通矢量图中省略了第一膜片41。
图11示出了在设置了第二磁铁19的情况下(实线本例)和未设置第二磁铁19的情况下(虚线传统)在第二膜片22上产生的引力。纵轴表示引力，而横轴表示距第二膜片22的“零点”的距离。在此处，“零点”被定义为第二膜片22的一个位置，在该位置上，由第一磁铁905产生的向下的引力和由第二磁铁19产生的向上的引力(二者均作用在第二膜片22上)处于平衡状态。
从图11可以看到，在未设置第二磁铁19的情况下(虚线)，引力总是正值，因为第二膜片22总被吸引到第一磁铁905。
另一方面，在设置了第二磁铁19的情况下(实线)，在与中心极3相反的方向上也产生引力。因此，引力相对于零点既有正值也有负值，其中在该零点处，作用在第二膜片22上的两个引力处于平衡状态。
第二膜片22相对较薄，例如约为50μm，从而有利于磁饱和。防止了朝向中心极3方向的引力过度增加，象传统的电磁换能器中那样。
基于这样的结构，引力相对于距零点的距离基本上呈现线性特征，如图11中所示。结果，可以降低取决于第一膜片41的弹力与作用在第二膜片19上的引力之差的整个系统的刚度；从而也可以降低取决于刚度的共振频率。
只要第一膜片41具有线性弹力，整个系统的刚度就是恒定的，而不管距离是多少。因此，共振频率不会因为施加电压的上升或下降而改变。这样，谐波失真被最小化。
图12示出了在设置了第二磁铁19的情况下(实线本例)和未设置第二磁铁19的情况下(虚线传统)在第二膜片22上产生的驱动力。纵轴表示驱动力，而横轴表示距中心极3的距离。
从图12可以看到，在省略了第二磁铁19的情况下，由于使用了较薄的第二膜片22而发生磁饱和，不能获得足够的驱动力。
因此，增加了第二磁铁19以抵消由第一磁铁905在第二膜片22上产生的磁通，以减轻磁饱和。结果，使得提供驱动力的交流磁通有效地流经第二膜片22，从而增加合成的驱动力。换句话说，根据本例，即使在使用薄膜片时也可以获得足够的驱动力，尽管这样的膜片可能引起磁饱和。使用薄膜片降低了振动系统的质量，使得再现声压级进一步提高。
图13中示出了第二磁铁19的外径、引力和驱动力之间的关系。纵轴表示引力(实线)和驱动力(虚线)，而横轴表示第二磁铁19的外径。引力值越大表示将第二膜片22向中心极3吸引得越多。假定根据本例的第二膜片22的直径约为4mm。
从图13可以看出，当第二磁铁19的外径小于第二膜片22的外径时引力的变化比较小。但是，当第二磁铁19的外径超过4mm(在该4mm的情况下第二磁铁19的外径等于第二膜片22的外径)时，引力的变化增加，引力更接近于零点、或平衡点。
从这些结果可以看出，在图13所示的范围中，作用在第二膜片22上的引力，即，朝向第二磁铁19的力和朝向中心极3的力，更容易建立平衡。
另一方面，当第二膜片22的外径约为4.5mm时(尽管差别很小)驱动力变为最大，第二磁铁19外径的变化不会带来驱动力的显著变化。
因此，第二磁铁19的外径最好等于或大于第二膜片22的外径。
这里所描述的第一膜片41由非磁性的钛构成，因为它的热阻性能好并且没有热阻磁场效应，从而带来了设计的灵活性。但是，也可以使用坡莫合金来制作第一膜片41和第二膜片22。在这种情况下，由于第一膜片41和第二膜片22由相同的材料制成，很容易将这两个膜片相结合。也可以使用非金属材料，例如用树脂来制作第一膜片41，从而可以容易地将第一膜片41做成想要的形状。
尽管根据本例的第二膜片22比较薄，例如约为50μm，以有利于磁饱和，但在磁饱和无关紧要的情况下例如例1的情况下，第二膜片22也可以做得比较厚。在这种情况下，不会发生如图12中所示的由于中心极3附近的饱和而造成的驱动力下降。这在设计上带来了一定的优点，使得第二膜片22可以伸展到离中心极3比较近的地方。通过用纯铁来构成第二膜片22也可以获得相似的效果。
尽管根据本例将薄磁板13设置在第一磁铁905上，但在仅使用第一磁铁905就可以获得足够的驱动力的情况下或者没有足够的空间的情况下，不必设置薄磁板13。
根据本例，将第二膜片22做得比较薄以引起磁饱和，从而保证由第一磁铁905、中心极3和磁轭6构成的磁路所产生的引力和第二磁铁19所产生的引力相对于距中心极3的距离基本上为线性关系。但是，只要能获得相似的效果，也可以采用其他手段。例如，通过调整第二膜片22的形状，比如在第二膜片22中形成槽或孔，可以保证上述的引力相对于距中心极3的距离基本上为线性关系。
(例6)下面将参照图14和15描述根据本发明例6的电磁换能器6000。
图14和15分别是根据本发明例6的电磁换能器6000的剖面图和磁通矢量图。图15的磁通矢量图仅示出了相对于电磁换能器6000的中心轴线(在图左侧示出)的半个电磁换能器。
根据如图14所示的电磁换能器6000，设置在第二壳体10上的环形第二磁铁39沿相对于通过第二膜片22的中心的轴线的径向被磁化。除此之外，电磁换能器6000的结构与根据例5的电磁换能器5000相同。
根据例6的电磁换能器6000，在没有电流流过线圈4的初始状态，如图15中所示，由第一磁铁905、薄磁板13、第二膜片22、中心极3和磁轭6构成一个第一磁路，而由第二磁铁39和第二膜片22构成第二磁路，如例5中的情况那样。根据例6的电磁换能器6000的操作与根据例5的电磁换能器5000的相似。
与例5的一个不同之处是第二磁铁39的磁化方向。如图15中所示，第二磁铁39按照与第二膜片22上的磁通矢量的方向相反的方向沿径向磁化，从而可以更有效地形成磁路。结果，与例5(见图10的磁通矢量图)相比，漏磁通减少了。
由于可以更有效地形成磁路，所以可以减小第二磁铁39的厚度。例如，在将沿径向磁化的铁氧体磁铁用作第二磁铁39的情况下，为了获得与例5相似的效果所需的第二磁铁39的厚度将约为根据例5的第二磁铁39的厚度的三分之二。
尽管将铁氧体描述为一种用作第二磁铁39的材料，但也可以采用钕等材料来进一步减小第二磁铁39的厚度。还可以采用钐钴来制作第二磁铁39以便获得较好的热阻。
(例7)下面将参照图16A和16B描述根据本发明例7的电磁换能器7000。
图16A是根据本发明例7的电磁换能器7000的剖面图。
根据如图16A所示的电磁换能器7000，在第二磁铁619的上表面上设置了一个环形的第二薄磁板33。在第二壳体610中，另外设置了一个用于容纳第二薄磁板33的凹入部分。在第二壳体610中形成了多个气孔，使得从第一膜片41和第二膜片22产生的声音能够传播到第二壳体610外面。由于第二薄磁板33设置在第二磁铁619的上表面上，所以由第二磁铁619、第二薄磁板33和第二膜片22构成了一个磁路。第一磁铁605和第二磁铁619分别提供与例5中描述的第一磁铁905和第二磁铁19相同的效果。但是，由于来自第二磁铁619的磁通要穿过第二薄磁板33，需要调整第一磁铁605和第二磁铁619各自的能量积以便形成适当的磁路。除此之外，电磁换能器7000的结构与根据例5的电磁换能器5000相同。
通过提供如图16中所示的第二薄磁板33，第二磁铁619的磁通被引导通过第二薄磁板33，从而减小了上述磁路中的磁阻。结果，与省略了第二薄磁板33的情况相比，可以减小第二磁铁619的能量积。另外，由于来自第二磁铁619的磁通穿过第二薄磁板33，所以可以减少泄露到电磁换能器7000外部的漏磁通。
尽管第二薄磁板33为如图16A所示的环形，但也可以在第二磁铁619的上表面上设置了一个如图16C所示的盘形的第二薄磁板34。
也可以在本发明的例1至例4中所描述的盘形第二磁铁上设置第二薄磁板33或34。
根据本例，由于设置了第二薄磁板33，可以用能量积约为22MGOe、厚度约为0.5mm的第二磁铁619来提供与能量积约为26MGOe、厚度约为0.7mm但未在其上设置第二薄磁板33的第二磁铁19(例如，本发明的例5)相同的引力。
图17是作为装有根据本发明的电磁换能器64的便携式通信设备的一个例子的蜂窝电话61的局部切剖立体图。可以将本发明的例1至例7中的任一个电磁换能器1000至7000用作电磁换能器64。
蜂窝电话61具有一个壳体62。在壳体62的表面上设置了一个声孔63。将电磁换能器64设置成使其第一膜片与声孔63相对。蜂窝电话61内置了一个信号处理电路(未示出)，用于接收呼叫信号、转换呼叫信号并将转换后的信号输入到电磁换能器64。当信号处理电路接收到一个指示一输入呼叫的信号时，该接收到的信号被输入到电磁换能器64，从而电磁换能器64再现一个铃声来向用户通知该接收到的呼叫。随后，一个音频信号被输入到电磁换能器64，从而电磁换能器64再现音频声音使得用户可以开始在电话中进行交谈。
许多内置在便携式通信设备如蜂窝电话中的传统电磁换能器具有高共振频率，并且仅用于再现铃声。
另一方面，根据本发明的电磁换能器可以具有比较低的共振频率。当用于便携式通信设备时，根据本发明的电磁换能器也可以再现音频信号，从而可以仅使用一个电磁换能器来再现铃声和音频信号。结果，可以减少蜂窝电话中的与音频功能有关的元件数目，而在传统方式中需要多个元件。
在所示的蜂窝电话61中，电磁换能器64直接安装在壳体62上。但是，电磁换能器64也可以安装在内置于蜂窝电话61中的电路板上。可以再设置一个用于提高铃声的声压级的声学端口。
尽管在图17中将一个蜂窝电话示为便携式通信设备，本发明也可适用于任何需要能够以较高声压级再现声音的小尺寸电磁换能器的便携式通信设备，例如，寻呼机、笔记本型个人电脑或手表。
根据例1至例7，设置了用于支撑第二磁铁9、409、29、709、19、39或619的壳体10或610。但是，在将根据例1至例7的任一个电磁换能器安装到图17中所示的蜂窝电话61上的情况下，例如，可以将第二磁铁9、409、29、709、19、39或619置入蜂窝电话的壳体62中，使得壳体10或610和蜂窝电话61的壳体62可以做成一个整体。
工业实用性根据本发明的电磁换能器，将第二磁铁设置在第二膜片上方，二者的间距使得第一膜片可以保持在平衡状态。结果，可以降低共振频率而不改变任何其他元件，从而可以进行低频范围的再现。由于提高了作用在第二膜片上的驱动力并且得到了基本上线性的引力-位移特征，可以以较高的声压级和较低的失真度再现声音，而无须改变其他任何元件。
或者，根据本发明的电磁换能器，第二磁铁可以沿径向磁化，使得第二磁铁可以更有效地工作，从而可以减小第二磁铁的尺寸。
或者，根据本发明的电磁换能器，第一膜片可以具有非线性，以抵消在第二膜片上产生的驱动力的非线性。结果，可以使整个系统的非线性和谐波失真最小化。
或者，根据本发明的电磁换能器，可以在第一和第二膜片的上表面和下表面中的至少一个上设置第三磁铁。结果，可以防止第一和第二膜片被吸引到中心极或第二磁铁上。
或者，根据本发明的电磁换能器，第二膜片具有这样一个厚度，该厚度使得在第二膜片朝中心极偏移时产生磁饱和。这样，有利于磁饱和，从而对引力(当第二膜片朝中心极移动时该引力会增加)进行控制。由于这样能实现更线性的静态引力特征，可以降低共振频率。
或者，根据本发明的电磁换能器，可以将一个薄磁板设置在第一磁铁的与第一膜片相对的表面上。结果，使得交流磁通有效地流过第二膜片，从而提高了驱动力和声压级。
根据装有根据本发明的电磁换能器的本发明的便携式通信设备，可以在电磁换能器上再现警报声、音频声音等。
本领域的技术人员可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下做出各种其他修改。因此，所附权利要求的范围不应限于这里的描述，而应做更宽的解释。
权利要求
1.一种电磁换能器，包括第一膜片，被设置用来进行振动；第二膜片，设置在第一膜片的中心部分，该第二膜片由磁性材料制成；磁轭，设置成与第一膜片相对；中心极，设置在磁轭与第一膜片之间；线圈，设置成围绕中心极；第一磁铁，设置成围绕线圈；和第二磁铁，设置在第一膜片的与中心极相反的一侧。
2.根据权利要求1的电磁换能器，还包括第一壳体，用于支撑第一膜片；和第二壳体，其中设置了第二磁铁。
3.根据权利要求1的电磁换能器，其中第二磁铁为盘形。
4.根据权利要求1的电磁换能器，其中该第二磁铁为环形。
5.根据权利要求3的电磁换能器，其中第二磁铁的外径等于或小于第二膜片的外径。
6.根据权利要求4的电磁换能器，其中第二磁铁的外径等于或大于第二膜片的外径。
7.根据权利要求1的电磁换能器，还包括位于第一膜片或第二膜片的至少一个表面的中心部分的第三磁铁。
8.根据权利要求1的电磁换能器，其中第二磁铁以与第一磁铁相同的方向被磁化。
9.根据权利要求1的电磁换能器，其中第二磁铁沿相对于通过中心极的中心的轴线的径向被磁化。
10.根据权利要求1的电磁换能器，其中第二膜片的厚度使得当第二膜片向中心极偏移一预定距离时发生磁饱和。
11.根据权利要求1的电磁换能器，其中第一膜片由磁性材料制成。
12.根据权利要求1的电磁换能器，其中第一膜片由非磁性材料制成。
13.根据权利要求1的电磁换能器，还包括设置在第一磁铁与第一膜片之间的第一磁板。
14.根据权利要求13的电磁换能器，其中该第一磁板为环形。
15.根据权利要求1的电磁换能器，还包括设置在第二磁铁上的第二磁板。
16.根据权利要求15的电磁换能器，其中该第二磁板为盘形。
17.根据权利要求15的电磁换能器，其中该第二磁板为环形。
18.根据权利要求1的电磁换能器，其中第一膜片的形状使得能够提供非线性位移特征，用来抵消在第二膜片上产生的驱动力的非线性。
19.根据权利要求1的电磁换能器，其中第一引力与第二引力的合力和第二膜片与中心极之间的距离之间的关系基本上是线性的；其中第一引力是由包括第一磁铁、中心极和磁轭的磁路在第二膜片上产生的引力，第二引力是由第二磁铁在第二膜片上产生的引力。
20.根据权利要求2的电磁换能器，其中第一膜片通过粘在第一壳体上而被固定。
21.根据权利要求2的电磁换能器，其中第一膜片通过插在第一壳体与第二壳体之间而被固定。
22.根据权利要求2的电磁换能器，其中第二壳体是一个盖子，用于保护第一膜片和第二膜片。
23.一种包括根据权利要求1的电磁换能器的便携式通信设备。
24.根据权利要求23的便携式通信设备，还包括其中具有一个声孔的第三壳体，其中该电磁换能器被设置成第一膜片和第二膜片与该声孔相对。
25.根据权利要求24的便携式通信设备，其中第二磁铁被设置在第三壳体中。
全文摘要
根据本发明的电磁换能器包括:第一膜片,被设置用来进行振动;第二膜片,设置在第一膜片的中心部分,该第二膜片由磁性材料制成;磁轭,设置成与第一膜片相对;中心极,设置在磁轭与第一膜片之间;线圈,设置成围绕中心极;第一磁铁,设置成围绕线圈;和第二磁铁,设置在第一膜片的与中心极相反的一侧。
文档编号H04R11/00GK1350766SQ00807550
公开日2002年5月22日 申请日期2000年5月12日 优先权日1999年5月14日
发明者薄木佐和子, 佐伯周二 申请人:松下电器产业株式会社