专利名称：具有混合内部/外部磁马达结构的电磁换能器的制作方法
技术领域：
本申请一般涉及例如音频扬声器的电磁换能器，尤其是一种既有内部磁体又有外部磁体的混合马达结构。
背景技术：
在此文件中扬声器以横截面示出。因为扬声器通常是关于轴线或中心线圆柱或旋转对称的，仅仅示出任一给定的扬声器的一侧，但是本领域的读者将容易地理解它所代表的立体结构。但是，读者将理解此发明不局限于这种轴对称的实施例。
图1举例说明一种常规的音频扬声器10如现有技术中所知的，以关于中心线CL对称示出。扬声器包括一个导磁极板12，其包含可以与极板的底座16连结或结合的磁极14的导磁极板12，如图所示出的。磁极可以包括一个用于允许气流冷却马达结构并降低震动膜部件压力的轴孔18。环形永久磁体20环绕磁极，它们之间有一个空腔22。导磁上板24环绕磁极，它们之间有一个磁气隙26。典型地，磁气隙将小于空腔。极板、磁体和上板可以共同被称为磁体部件或马达结构。贯穿全文，加粗的黑色箭头表示磁通量的代表性方向；本领域的读者将容易地理解磁体可以被反向，并且磁通将流向相反的方向，换能器将正确地运转，尤其是当拥有相反相位的电输入信号。
导电音圈28被严格放置在圆柱形线架或音圈线圈架30上。音圈被悬挂在磁气隙中为耦合到线架的振动膜32提供机械力。当交变电流通过音圈，音圈在气隙中沿着扬声器的轴线上下运动，促使震动膜产生声波。
机架34耦合到磁体部件。其中有两个悬挂部件。阻尼器或支撑圈36耦合到线架和机架，环绕38耦合到震动膜和机架。当允许轴向运动时，这两个悬挂部件用于保持线架和震动膜关于磁极集中和排列。防尘盖40密封部件并防止尘粒和可能污染磁气隙从而妨碍扬声器的操作或音质其它杂散物质的渗透。
如所示出的，当音圈(沿轴向)比磁气隙长，所述扬声器有一个“从上悬挂(overhung)”的结构。相反地，如果音圈比磁气隙短，扬声器将有“自下支撑(underhung)”的结构。
如果音圈移动得太远以至于在气隙中存在不同数量的音圈匝数(举例来说，一个从上悬挂的音圈已经移动得太远以至于它的一个末端已经进入气隙，或自下支撑的音圈已经移动得太远以至于它的一个末端已经离开气隙)，扬声器开始展现非线性特性，并且声音品质失真或改变。当以大音量播放低频声音时，需要最大的音圈行程，这是特别有问题的。
解决这个问题的常规方法已经使用高度地从上悬挂的或高度地自下支撑的结构以获得较高程度的线性音圈行程。但是这些方法有固有的局限性。高度地从上悬挂的马达需要愈加长的线圈，反过来增加震动膜部件的总移动量。在某些位置上，这种增加的质量变大以至于达到固有的机械设计限制，这防止任何更进一步可控制偏移增长。同时，如果使用的磁通量上没有合成增量，增加的音圈质量将减少换能器的总效率。效率与BL的平方成正比，并与质量的平方成反比。在高度自下支撑的结构中，因为在磁区域中为了不牺牲效率而获得高线性偏移(linear excursion)，有关增长需要维持常数B通过磁隙高度，达到其他应用限制。不幸地，这种可获得的磁通量B的增长不导致BL的增长，因此换能器的效率也没有提高。
一种混合方法已经为线架提供两个在各自的磁气隙中移动的串联音圈，例如在Kobayashi的美国专利4,783,824和Shirakawa的美国专利5,740,265中教导的。这些都是“推拉(Push-Pull)”结构，其中越过顶部磁气隙的磁通量在与越过底部磁气隙的通量相反的方向上移动；这需要两个音圈以相反的方向缠绕，并且在没有增长总线性偏移的情况下，需要总音圈长度的两倍和一个的更长的线架，这增加了生产成本，带来最小的利益。Kobayashi进一步教导如果通过它们的电流是相反相位，音圈可以以相同的方向缠绕。不幸地，这需要每个音圈有它自己专用的一对电输入端，更进一步增加了换能器的复杂度和成本。
现有技术中从上悬挂的扬声器，在线性操作期间磁气隙100％总是起作用的。现有技术中自下支撑的扬声器，在线性操作期间音圈绕组100％总是起作用的。
扬声器通常被分为有外部磁结构(其中环形磁铁围绕一个极板)或内部磁结构(其中杯状物包含磁铁)。当它们作为已经横渡磁气隙的磁通量的返回路径时，极板和杯状物可以共同被称为磁返回路径构件或导磁板。
材料可以被分为磁性材料或非磁性材料。非磁性材料可以被称为非导磁材料；铝和白垩是非磁性材料的例子。磁性材料被分为硬磁性材料和软磁性材料。硬磁性材料也被称为永久磁体，并产生磁通量区域而没有外部原因。软磁性材料是那些，虽然不是永久磁体，但响应于它们被放置在磁场中它们自己可以被磁化并产生通量。软磁性材料包括例如钢和铁的铁类材料。
现有技术结构的一个问题是泄漏磁通量(表示为FL)。
图1B举例说明一个屏蔽的扬声器11，它包括一个极板12、一个主要磁体20、一个主要的板24，其它部件如图1A所示，带有一个附加屏蔽或补偿磁体13。补偿磁体位于来自磁体部件的极板的相反一侧，用于补偿或抵偿泄漏的通量。屏蔽15圈起磁体部件和补偿磁体，进一步减少通量泄漏。
图1C举例说明Sakamoto的美国专利5,550,332中教导的扬声器17。扬声器包括主要驱动磁体19、驱动极板21、补偿磁体23和导磁外环25。驱动板和外环限定了一个磁气隙27。补偿磁体位于来自主要磁体的驱动板的相反一侧，并定向它的极性相反于主要磁体的极性。在这个结构中，补偿磁体不是用于减少磁通泄漏(实际上，它减少磁通泄漏)，它用于增大越过磁气隙的通量密度。磁体组合部件由在适当位置的非导磁支撑物支撑。从外环到两个磁体的磁通量返回路径是单独地通过泄漏通量FL。
图1D举例说明Kobayashi的美国专利4,783,824中教导的扬声器31。扬声器包括一个极片12、一个主驱动磁体20、第一驱动板24和一个振动膜部件，这些充分地示出在图1A中。一个补偿磁体33位于主驱动板相反的一侧，并它的极性定向成与主驱动磁体的极性相反，如在Sakamoto中所述的。而不是依赖用于磁通量从主驱动板到各自磁体的高磁阻气体返回路径，Kobayashi增加了一个限定第二驱动磁气隙37的第二驱动板35，其中Kobayashi放置了一个第二音圈39。Kobayashi扬声器是“推拉”结构，各自的音圈或者在相反的方向上缠绕或者用相反相位的交变电流电信号驱动。
所需的是为到补偿磁体的通量提供一个低磁阻返回路径的扬声器结构，不需要一个推拉音圈配置。
从下面给出的详细说明和本发明实施例的附图，本发明将被理解得更充分。但是，附图不应把本发明限制到具体的实施例，而仅可以用于解释和理解。
图1A-D根据现有技术以横截面示出扬声器的结构。
图2A-C根据本发明以横截面示出扬声器结构的一个实施例，有一个音圈并有磁通量是以相同的方向通过的两个气隙。
图3A-C以横截面示出扬声器的第二实施例，有两个相同方向的磁通量气隙和两个串联的音圈。
图4以横截面示出扬声器结构的第三实施例，有三个气隙和一个音圈。
图5A-F以横截面示出扬声器结构的第四实施例，有三个气隙和一个单独的音圈。
图6以横截面示出扬声器结构的第五实施例，有一个建到磁体部件中的冷却设备，带有两个气隙和一个音圈。
图7以横截面示出扬声器结构的第六实施例，使用内部磁体、两个气隙和一个音圈。
图8以横截面示出扬声器结构的第七实施例，具有统一的机架和散热片。
图9以顶视图示出扬声器结构的第八实施例，其中上部的磁体由多个小磁体构成，它们之间有空间以防止气流冷却音圈。
图10以横截面示出使用一个作为主要磁体的外环磁体和一个用于上部磁气隙的内部圆盘磁体的组合的扬声器结构的第九实施例。
图11以横截面示出使用一个作为主要磁体的内部圆盘磁体和一个用于上部磁气隙的外环磁体的扬声器结构的第十实施例。
图12以横截面示出一个根据本发明使用一个带有低磁阻返回路径的补偿磁体的外部磁体结构扬声器的一个实施例。
图13以横截面示出本发明的另一个有多个驱动磁体气隙的实施例。
图14以横截面示出另一个有一个散热片的实施例。
图15根据本发明以横截面示出一个内部磁体结构扬声器。
图16根据本发明以横截面示出一个屏蔽的外部磁体结构扬声器。
图17根据本发明以横截面示出一个内部磁体结构扬声器，带有低磁阻补偿磁体返回路径、多个驱动磁体间隙和散热片。
图18以横截面示出包括低磁阻返回路径的混合结构的另一个实施例。
图19以横截面示出包括低磁阻返回路径的混合结构的另一个实施例。
图20以横截面示出另一个外部磁体结构扬声器。
图21以横截面示出另一个内部磁体结构扬声器。
图22以横截面示出另一个内部磁体结构扬声器。
图23以横截面示出一个带有自下支撑的音圈的混合内部/外部磁体结构扬声器。
图24以横截面示出另一个带有一个改进的使用机架作为散热片的热量提取路径的混合结构扬声器。
图25以透视图示出一个使用混合结构和开缝外部驱动板的紧密扬声器。
图26以透视图示出一个用于和开缝外部驱动极板一起使用的线架部件。
图27以透视图示出开缝的驱动极板。
图28以透视图示出马达部件和带有开缝外部驱动板的紧密的混合结构扬声器的篮状物。
特别与混合内部/外部磁体结构相关的图是图10、11、18、19和23-28。为了方便读者，这些图的讨论已经整理成一个接近说明书结尾的部分，在标题“混合结构”下。
具体实施例方式
本发明可以被使用在多种磁换能器应用中，包括但不局限于音频扬声器、麦克风、机械位置换能器、传动器(可以是线性马达)和类似的。为了便利，本发明将参考音频扬声器实施例来描述，但这应该被认为是说明性的而不是限定性的。本发明可以证明在例如亚低音扬声器的高(“大”)偏移应用中特别有用，但是，再一次的，这不应被认为是限定性的。
为了方便读者，说明书已被分为三个部分，分别针对相关申请的“推-推式多个磁气隙换能器”发明，另一个相关申请的“低磁阻返回路径”发明，和本混合结构的发明。
多个磁气隙图2A举例说明根据本发明扬声器50的一个实施例。扬声器包括一个极板12，所述极板12包含底板16和可以与底板整体形成或耦合到底板的极片14。在一些实施例中，可以有一个延伸贯穿极片的长度的孔18，以允许气体流过以响应于扬声器的膜盒作用。在一些实施例中，这个孔与斜面末端52、54相适应是有利的，用于改善的有较少湍流的空气动力学性能，允许使用不会引起太大失真的小孔或通风孔。如果通风孔做得太大，磁性效率降低，因为磁极中减少的钢铁质量，反过来能导致钢铁的磁饱和。
磁体部件如现有技术中的那样包括第一永久磁体20、第一个板24和第一磁气隙26。本发明进一步包括在一些实施例中可以作为第二永久磁体的磁性材料构件56。不像现有技术中的双隙扬声器，磁性材料构件定位为其通量的方向与第一磁体的通量的方向相同，或，换句话说，以便第一磁体20和磁性材料构件56以相反的极性面对面。扬声器进一步包括限定第二个磁气隙60的第二个板58。
包括线架或管、振动膜、支撑圈、环绕和防尘罩的机架和振动膜部件可以在现有技术中所熟知。音圈、第一个板、第二磁体和第二个板可以方便地依大小排列，从而使音圈从一个板的中心延伸到另一个板的中心。音圈可以有一个恒等于第二磁体的高度Tm加第二个板的高度Tp的高度Tvc(在大多数例子中应该与第一个板的高度相同因而两个气隙是相同高度)。为了移动到一个非线性响应区域，音圈将不得不移动得很远使它的底端进入上面的第二个气隙，或它的顶端进入下面的第一个气隙。这给出音圈一个峰到峰的线性移动等于上面顶板的高度(厚度)Tp加上两倍的磁气隙之间空间高度Tm。在一个优化的配置中，两个板是相同的厚度，并且第二个磁体56应该至少与任一板的厚度相同。
一旦借助于本专利的教导，磁体、板、极板和极片的相对尺寸能够根据特定应用的特殊需求决定，并最好在普通的本领域的扬声器设计师的能力之内。举个例子，为使通过两个气隙的通量相同，它经常可以是下部的磁体需要大于(或，更扼要，更有功效)上部的磁体的情况，因为磁体之间的下部的板将下部磁体通量的一些百分比直接分流到上部的磁体而不是通过第一气隙。
图2B和2C举例说明图2A的具有接近分别在线性偏移(Xmax)范围内的最大延伸和缩进点上的音圈的实施例，读者应该中注意到，在图2A-C中，只有相当一个磁气隙起作用(图2B中，100％的顶部磁气隙起作用；在图2A的两个磁气隙中，50％的每一个磁气隙起作用，图2C中，100％的底部磁气隙起作用)，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举例说明根据本发明一个扬声器结构70的第二个实施例，除了它包括两个音圈72，74，它与第一实施例相似。理想地，两个音圈应该是相同高度的，并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(或者，换句话说，位于它们各自的板之间的磁性材料部件的厚度)。在有优化的线性度最适宜的配置中，两个板之间的空间和两个板中的每一个应该是相同的厚度，并且这个厚度应该是与音圈中一个的高度Tvc加上音圈之间的空间Ts相同，举个例子，当顶部音圈正好在延伸中开始退出顶端磁气隙的顶部，底部音圈将开始进入顶端磁气隙。
图3A-C举例说明一个非常优化的实施例，其中每个音圈的高度Tvc是距离H，每个磁气隙的高度Tp1、Tp2是距离2H，并且磁气隙之间的距离Tm是2H。注意Ts＝H＝Tvc。这种结构给出7H的线性峰到峰延伸；在一个极端，底部音圈的上边缘和顶部磁气隙的顶端平齐，在另一个极端，顶部音圈的底部边缘和底部磁气隙的底部平齐。
在一个实施例中，音圈以相同的方向缠绕，并且电信号以相同的极性应用到它们。在另一个实施例中，音圈以相反的方向缠绕，并且它们接收相反极性的电信号。
随意地，极板可以和凹缝66相适应，音圈线架可以延伸到凹缝达到它的最大向下偏移，防止线架击打极板，将使声音失真并可能损坏线架或音圈和/或其它部件。这在Tanabe等人的美国专利5,715,324中被教导。
在一种模式中，极片可以和实质上与气隙之间的衬垫或磁体相对的凹缝78相适应，在上部磁气隙上面的凹缝80和下部磁气隙下面的凹缝82，通过集中更多的通量到气隙并在每个气隙边缘的上和下产生对称的边缘通量区域，进一步改善线性度。
在所有的三个图3A-C中，读者应该注意到，在换能器的线性操作期间，总的可用的音圈线圈的50％在磁气隙中是起作用的，而且总的可用的磁气隙的25％被使用。
图4举例说明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、第一磁体20、第一个板24、磁性材料部件56、第二个板58和通常与第一实施例中的那些相似的其它部件。扬声器进一步包括顶部磁性材料部件92和用于限定第三磁气隙96的第三个板94。通过包括三个或更多个气隙，音圈的线性偏移总量可以变得非常大。通过使用相同厚度的板和相同厚度的磁体(如果单个音圈被使用，厚度可以或不能与板的厚度相同)，并通过适当地依大小排列磁体和板的直径，可以让越过每个间隙的通量密度相同，导致在线性音圈偏移的整个范围之上最佳的线性。特殊厚度和直径的选择是在借助之前讨论的本领域那些普通技术中，在此不需要详细讨论。
图5A-F举例说明与图4的类似的扬声器100的第四实施例。扬声器包括极板12、主要磁体20、第一间隔板24、磁性材料部件56、第二间隔板58、磁性材料部件92、第三间隔板94和线架30以及振动膜部件的其余部分(没有示出)。扬声器进一步包括从顶部磁气隙的中心延伸到底部磁气隙的中心延伸的音圈102，如所示出的。如果主要磁体不是十分厚以容许用于所有音圈移动的间隙，扬声器可以选择包括导磁衬垫104。
在整个线性偏移的范围内，这种结构相当于两个起作用的磁气隙(总量的66％)。在图5A中，中间的磁气隙是起作用的，以及每个顶部和底部磁气隙的一半是起作用的。图5B举例说明在它延长得最大的线性偏移位置上的振动膜部件，其中音圈的底部和中间磁气隙的底部平齐；顶部和中间磁气隙是起作用的，底部磁气隙是不起作用的。
当音圈继续向外延伸，中间磁气隙逐渐地变得不起作用。然而，因为顶部磁气隙仍然起作用，扬声器不会立即显示出高失真。相反的，一个完整的磁气隙(顶部那个)保持完全起作用直到图5C中所示的音圈的底部达到顶部磁气隙的底部的位置。仅在那位置之后，如图5D所示的状态，音圈的底部已经离开顶部磁气隙的上边缘，当音圈继续向外延伸时，扬声器的电动驱动变小到零。
图5A的从中心位置向其它方向的进行情况，图5E举例说明线性偏移的另一末端，在那里音圈的顶部遇到中间磁气隙的顶部。那么，当音圈继续抽出，中间磁气隙逐渐变得不起作用，但是底部磁气隙仍然完全起作用直到图5F中所示音圈的顶部遇到底部磁气隙的顶部的位置。音圈继续抽出，当音圈完全离开时，底部磁气隙扬声器电马达驱动将接近零。图5F明显地证明底部磁体和极板间的衬垫的目的，衬垫用于在底部磁气隙和极板之间提供足够的空间从而音圈和线架不会撞到极板。
因为这种结构具有分级，所以它提供良好的音质和更大的动态范围，实际上，这种结构具有两个线性偏移级在中心行程区域，两个磁气隙是起作用的；以及在中心行程区域的任一个末端，其中一个磁气隙是起作用的。
图6根据本发明举例说明扬声器结构110的第五实施例。如第一实施例中的，扬声器包括极板12、第一磁体20、第一个板24、振动膜部件。扬声器进一步包括由非导磁和理想的高导热材料、例如铝构成的散热板112。散热板可以方便地装配一个热量耗散器部分114，在一些实施例中，热量耗散器部分可以有一个基本上大于散热板中心部分的厚度Tsp的厚度Ths。在这些实施例中，散热板的整体直径应该足够大于周围部件的直径，以提供足够的间隙用于更厚的散热周边。尽管不是以横截面举例说明，散热板可以包括轴线或放射状的缝或散热片以增大表面积并改善热传输。
扬声器进一步包括第二个板116和第二个永久磁体118。在这种结构中，第二个磁体相对于第一个磁体定向，因此通过两个气隙的磁通是相同的方向，允许使用产生相同电磁极性的单个音圈或多个音圈。
图7举例说明第六实施例的扬声器结构120，它使用内部磁体和板，而不是外部环形磁体和板。典型的，使用钕铁硼磁体或其它稀土磁体的结构。在这个实施例中，磁返回路径是通过导磁板或杯状物122的外周边而不是通过极片。在杯状物中安置内部磁体124、限定第一磁气隙128的第一个板126、可以是永久磁体或仅仅是一个铁衬垫的磁性材料部件130和限定第二磁气隙134的第二个板132。线架可以配备有一个和多个产生相同极性并如上所示依大小排列的音圈。在最佳情况中，磁体或衬垫130可以依大小排列(以直径)从而越过顶部磁气隙的磁通量与通过底部磁气隙的磁通量相同。在一些实施例中，磁体或衬垫130可以是环形的。在一些实施例中，顶部磁体与底部磁体是相同直径，但由弱磁性材料构成。
在一些实施例中，杯状物和/或板和/或磁体可以设置多个孔(未示出)，用于当音圈和振动膜在剧烈运动时提供气流，从而冷却装置和降低装置的压力。在一些实施例中，这可以通过在内部环形磁体结构中设置一个中心孔来完成。
图8举例说明本发明的第七实施例，第七实施例与图2和6的相似。如同先前的，扬声器140包括极板12、主要磁体20、第一磁气隙板24和第二磁气隙板58。顶部磁体142有一个增大的内部直径以容纳一个组合机架和散热片144。散热片-机架144由非导磁材料构成，例如铝，并包括安置在第一个板和顶部磁体之间的部分146，安置在上部磁性材料部件增大的内部直径中从而散热片增大的表面积暴露于跨越气隙之间的音圈部分的部分148，作为机架以支撑振动膜部件的部分150。在一些实施例中，散热片部分148的内表面是与两板内直径充分匹配或稍微凹进去一些。
图9举例说明一个结合这里教导的其它原理可随意地被应用的可供选择的实施例。马达部件的部分160以顶视图示。从上面，极片14和它的任选气体通风孔18是可视的。当从上面看时可以看到线架30和音圈28的横截面。底部的主要磁体20是可以看到的并被安置在极片周围。第一个板24被安置在极片周围，并磁耦合到底部磁体。第二个板没有被示出，因此读者能够看见被安排在马达轴线周围的多个顶部磁性材料构件162。空间164存在于邻近的顶部磁性材料构件之间，以允许马达结构的气流出入，以改善冷却。在一些实施例中，马达结构可以包括网屏或网眼(未示出)以防止外部粒子通过顶部磁体之间的衬垫进入马达。顶部磁体162的磁极排列成例如它们的北极朝离开页面的方向。本领域的读者将理解顶部磁体不需要是圆盘形状，可以是其它形状，带或不带孔，将提供不同的优点。举个例子，一组楔形顶部磁体将提供增大的表面积和增大的通过顶部磁气隙(未示出)的磁通量。
根据本专利中教导的原理，在单个音圈实施例中扬声器的总线性偏移恒等于((NG-K+1)*HS)+(NS-K+1)*HG)其中K是每次音圈能使磁气隙起作用的数量，NG是磁气隙的数量，NS是磁气隙之间衬垫的数量(或者，换句话说，NG-1)，HG是一个磁气隙的高度，在K小于NG的时，HS是相邻磁气隙之间空间的高度。
低磁阻返回路径图12举例说明根据本发明扬声器200的一个实施例。振动膜部件可以是与上面举例说明的实质上不变的。如同现有技术中的，扬声器的马达部件包括极板、主要磁体20、主要的板24和补偿磁体33。由补偿板或低磁阻返回路径板35限定的补偿磁气隙202不是一个驱动磁气隙，并且在它里面没有音圈存在。然而，磁气隙202是用于从驱动板24越过补偿板35到补偿磁体33的磁通量的低磁阻返回路径。这第二个磁气隙，使它的磁通量与主要或驱动磁气隙26的磁通量方向相反，不仅用于增加越过驱动磁气隙的磁通量(通过为补偿磁体提供低磁阻返回路径)，而且提供制动功能以减少振动膜部件超出范围。在通常操作中，振动膜部件在低磁阻返回路径磁气隙中是电磁惰性的；但是，在极度延伸的情况下，音圈可以进入补偿磁气隙，由于越过补偿气隙的通量与来自驱动磁气隙的通量方向相反，将导致制动功能。在一些实施例中，补偿磁体可以做得比主要驱动磁体小。
补偿板也可以被称为返回路径板。
图13举例说明根据本发明扬声器210的另一个实施例。其中扬声器包括类似于图2A的双磁气隙结构。扬声器包括极板12、主要磁体20、带有磁气隙26的主板24、补偿磁体33、带有磁气隙202的补偿板35。扬声器进一步包括被定向成与主要磁体极性相同并位于主要板和补偿磁体之间的第二个磁体或磁性材料部件56和第二驱动板58，其产生第二个驱动磁气隙60，它的磁通量和越过主要驱动磁气隙的磁通量方向相同。这种结构提供双磁气隙的优点，例如增大的线性偏移，加上补偿板的优点。补偿板不仅可以用于增加越过它相邻驱动气隙的通量密度，而且可以减少或避免返回路径部件(极片或杯状物)中的磁饱和。在一些多个驱动磁气隙的实施例中，可以有单个音圈，如所示出的，或者可以有多个音圈(可以以相同方向缠绕并同相地驱动，或者以相反的方向缠绕和异相地驱动)。在一些实施例中，第二个磁体可以被衬垫替代。
图14举例说明类似于图6的扬声器220，外加一个提供越过非驱动磁气隙222到顶部磁体118的低磁阻返回路径的返回路径板35。
图15举例说明类似于图7的内部磁体结构扬声器230的实施例。扬声器包括一个导磁杯状物232、第一驱动磁体124、限定第一驱动板和杯状物之间的第一磁气隙128的第一驱动板126。扬声器进一步包括第二驱动磁体130和限定第二驱动磁气隙134的第二驱动板132。换句话说，组件130可以是非导磁衬垫，在这种情况中的上部磁体234提供用于上部驱动磁气隙134的所有磁通量。这两个(或多个)驱动磁体被定向成相同的极性，从而它们的磁通量是以相同的方向越过两个(或多个)各自的驱动磁气隙。
杯状物可以是一个整体结构，如所示出的，或者它可以通过耦合分离的底座和侧面构件构成。在一些实施例中，带有安置在杯状物中的补偿板可以被发现是有利的。在一些实施例中，在杯状物略微外面(上面)安置补偿板是可以接受的，虽然带有返回路径效率的折衷。
图16举例说明外部磁体结构扬声器240的另一个实施例，包括极板12、主要驱动磁体20、第一驱动板24、补偿磁体33和第二驱动板58，如图13所示。通过一个耦合到极板的导磁屏蔽242的附加扬声器被屏蔽。屏蔽包括一个为补偿磁体限定低磁组气隙返回路径246的板部分244和一个磁耦合到极板的圆柱形部分248。在不同的可供选择的实施例中，板部分和圆柱形部分可以相互耦合，或者由一个单片电路单元构成。在其它实施例中，圆柱形部分将被作为极板的完整部分而构成。在一些实施例中，非导磁衬垫(未示出)可以被安装在第一和第二驱动板之间以帮助保持它们在适当的位置；在这些实施例中，衬垫可以接触屏蔽的圆柱形部分以提供远离驱动磁气隙的热量传输。在一些情况下，装配屏蔽、补偿磁体和从马达部件的其余部分分离的第二驱动板是有利的，使磁化各自的磁体变得容易。甚至在一些顶部磁体和顶部驱动板被机械耦合到屏蔽上的实施例中，在驱动板之间提供一个非导磁衬垫(未示出)将是有利的，以巩固所有的结构并有利于防止构件移动或变松。
图17举例说明一个内部磁体结构扬声器250，尤其适合于高功率应用，这些应用需要从扬声器消除大量热量。扬声器包括一个包围环形的主要驱动磁体254的杯状物252和限定第一驱动磁气隙的环形主要驱动板256，然而常规的内部磁体结构扬声器有一个圆形磁体和板。非导磁芯子258或衬垫通过主要驱动板和主要驱动磁体延伸，并耦合到延伸至马达或磁体部件的散热片260。在一些实施例中，散热片也可以是和杯状物(未示出)热连接。依赖于两个磁体的相对强度和不同的其它部件的尺寸，顶部驱动板可以从底部磁体(如所示出的)获得部分它的磁通量，或者是底部驱动板从顶部磁体获得部分它的磁通量。
第二个驱动板262位于杯状物中以限定第二个驱动磁气隙，并可以是圆形或环形。第二个驱动板可以耦合到芯子的顶端，从而芯子顶端部分的厚度决定驱动磁气隙之间的距离。补偿磁体264耦合到第二个驱动板和补偿板266之间。补偿板限定一个从杯状物到补偿磁体的非驱动低磁阻返回路径268。可以有一个单个音圈或者每个驱动磁气隙可以有它自己的音圈。在一些实施例中，在补偿磁体和芯子之间可以有附加的驱动板和磁体(未示出)。芯子和散热片可以由任何有适当的热传输特性的合适的非导磁材料构成，例如铝。
图20举例说明一个外部磁体结构换能器290的另一个实施例，包括极板12、主要驱动磁体20、驱动板24、补偿磁体33和耦合到极板和补偿磁体的外部屏蔽242。驱动板有一个延伸的内部边缘用于在一个增长的驱动磁气隙26中推动自下支撑的音圈。通过极片和屏蔽之间的非驱动磁气隙，提供从极板到补偿磁体的低磁阻返回路径246。
图21举例说明一个内部磁体结构换能器300的另一个实施例，包括一个杯状物122、主要驱动磁体124、驱动板126、补偿磁体234和一个返回路径板236。在驱动磁气隙128中的音圈是起作用的，并且通过杯状物和返回路径板之间的非驱动磁气隙提供低磁阻返回路径238。
图22举例说明一个内部磁体结构换能器310的另一个实施例，包括一个杯状物122、主要驱动磁体124、限定下部驱动磁气隙128的下部驱动板126、非导磁衬垫212、限定上部驱动磁气隙134的上部驱动板132、补偿磁体234和返回路径板236，返回路径板236提供一个越过非驱动磁气隙238的低磁阻返回路径，即从杯状物到补偿磁体的返回路径。
混合结构图10举例说明使用混合结构的双间隙扬声器170的第九实施例。扬声器包括极板172和主要磁体20，主要磁体20为外部环形磁体。环形外部顶板172或返回路径部件174磁耦合到主要磁体并限定环形外部顶板和极板的极片之间的底部磁气隙176。内部的顶部磁体130，可以是圆形磁体，磁耦合到极片的顶部，并使它的磁极定向为关于扬声器轴线反向于主要磁体的磁极。内部的顶板126磁耦合到内部的顶部磁体。顶部磁气隙178被限定在环形的外部顶板和内部顶板之间。越过两个磁气隙的磁通量是关于极片或磁返回路径部件的相同方向。音圈28和线架30部件架在磁气隙中。
图11举例说明使用不同的混合结构的双间隙扬声器180的第十实施例。扬声器包括可以包括底板182和侧壁构件184，或者是一个整体结构的杯状物。可以是圆形的内部磁体124是主要磁体并且磁耦合到杯状物。延伸的内部顶板部件186，可以换句话说被认为是极片，磁耦合到主要磁体。外部环形顶部磁体56磁耦合到杯状物，任意越过一个非导磁散热片188，并使它的磁极定向为关于扬声器的轴线与主要内部磁体的磁极方向相反。外部顶板58磁耦合到外部的顶部磁体。极片186限定它自己与杯状物之间的底部磁气隙和与顶板之间的顶部磁气隙。任意地，极片可以与孔190音圈相适应，用于减少它的重量并改善马达结构的冷却。在一些实施例中，孔可以通过极片，内部的主要磁体(则是环形磁体)，和杯状物延伸。音圈28和线架30部件架在磁气隙中。
图18举例说明类似于图10的混合结构扬声器270的另一个实施例。扬声器包括内部补偿磁体272，使它的极性与内部的上部驱动磁体130的相反并与外部主要驱动磁体20的相同。在一些实施例中，构件130可以是软磁性材料，使生产商在马达装配之后同时充磁(charge)磁体20和磁体272。内部低磁阻返回路径板或补偿板274磁耦合到补偿磁体并限定背向外部返回路径部件174的非驱动返回路径磁气隙276。
图19举例说明类似于图11和14的混合结构扬声器280的另一个实施例。扬声器包括一个驱动板185，驱动板185耦合到杯状物183，杯状物183包含内部主驱动磁体124和内部极片186，并像图11的实施例中极片和杯状物限定下部驱动磁气隙。外表上，扬声器包括散热片112、环形板116和外部补偿磁体118，并像图14的实施例中极片和外部板限定上部驱动磁气隙。像图14的实施例，这个扬声器也可以包括外部返回路径板282(类似图14的板35)，外部返回路径板282为从极片到补偿磁体的磁通量提供低磁阻返回路径。内部磁体和外部磁体的极性方向是相同的，允许同时充磁或磁体的磁化。在一些实施例中，散热片和机架(未示出)可以是一个整体结构，其中机架或篮状物变成散热片辐射结构的一部分。
图23举例说明具有混合内部/外部磁体结构的电磁换能器320的另一个实施例。如图所示换能器包括容纳可以是圆形磁体或是用于改善通风的环形磁体的内部磁体324的杯状物322。内部磁体在杯状物和极片326之间磁耦合。外部磁体328磁耦合到杯状物，外部低磁阻返回路径板330磁耦合到外部磁体。
每个杯状物和极片具有高的、伸长的形状，从而它们相邻的边缘限定一个适于与自下支撑的音圈一起使用的高磁气隙332(它的限制是被标注为“隙”的支柱识别)。极片延伸到杯状物之外为越过非驱动磁气隙334的外部磁体限定一个低磁阻返回路径。
读者将可以理解，尽管杯状物和极片是作为各自的整体结构分别示出的，但是一个或两个可以作为两个或多个构件的一个部件而构建的。内部磁体和外部磁体都有相同极性的定向，允许生产商在马达结构装配之后同时充磁两个磁体(或者，在其中一个磁体已经被预选充磁的情况下，充磁第二个磁体)。
图24举例说明混合结构电磁换能器340的另一个实施例。换能器包括一个包含内部磁体344的杯状物342。下部的外部驱动板346耦合到杯状物，或者，选择地，可以是和杯状物整合在一起。下部的内部驱动板348和下部的外部驱动板限定下部的驱动磁气隙。非导磁机架350耦合到下部的外部驱动板以支持换能器的振动膜部件。机架可以由任何合适的热导体材料生产，例如铝。非导磁内部衬垫352是相对于机架并耦合到下部的内部驱动板。上部的内部驱动板354和上部的外部驱动板356分别耦合到衬垫和机架，并共同限定上部的驱动磁气隙。外部磁体358磁耦合到上部的外部驱动板。外部低磁阻返回路径板360直接磁耦合到外部磁体，或者，如图所示，通过一个导磁衬垫362。低磁阻返回路径磁气隙被限定在外部低磁阻返回路径板和内部低磁阻返回路径板364之间。内部低磁阻返回路径板直接磁耦合到上部的内部驱动板如所示，或者，可选择利用导磁衬垫(未示出)。上面的内部驱动板354和内部低磁阻返回路径板364可以共同被称为上部的内部导磁构件，并且它们可以是分离的组件或一个整体组件。
内部磁体和外部磁体都有相同的极性定向，允许生产商在马达结构装配之后充磁(charge)一个或两个。
图25举例说明一种具有混合结构的特殊的紧密扬声器370，紧密扬声器370带有下部的外部磁体和上部的内部磁体，并使用极板372而不是杯状物。外部磁体20磁耦合到极板。开缝的外部驱动板374磁耦合到外部磁体并包括多个由缝隙378分开的指状物376。指状物可以和驱动板的底部是整体，或者它们可以是耦合到底部的分离构件。内部补偿磁体380耦合到极片和内部低磁阻返回路径板382之间。驱动磁气隙被限定在极板的极片和开缝的外部驱动板的指状物的下部和底部之间。非驱动低磁阻返回路径气隙被限定在返回路径板和开缝的外部驱动板指状物的上部之间。
自下支撑的音圈28耦合到线架30，线架耦合到托架或连接器384。具有孔的线架托架安装在开缝的驱动板的指状物上。换句话说，线架托架安装在开缝的驱动板上。
机架385耦合到极片或马达部件的其它合适部分。防尘盖386作为一个振动膜活动，并被耦合到线架托架。防尘盖有一个半球形的形状以允许音圈装置收回到马达，防尘盖不击打指状物或马达的其它组件。正如举例说明地，指状物可以成斜角以适应防尘盖全收回。线架托架通过环绕38或其它合适的悬挂部件耦合到机架以保持线架装置在中心并防止它摩擦或击打马达。如果需要，例如为了防止摩擦，第二个悬挂构件可以被加上，例如支撑圈。
图26举例说明线架装置，包括线架30、音圈28和线架托架384。
图27举例说明带有和缝隙378分离的指状物376的开缝的外部驱动板374。
图28举例说明没有移动构件的马达装置。机架385、指状物376和返回路径板382是可以看到的。机架可以和提供孔388用于通风。
结论参考对“实施例”，“一个实施例”，“一些实施例”，“其它实施例”的说明，意味着连同实施例一起描述的一个特殊的特征、结构或特性被包括在在本发明至少一些实施例中，但不需要所有实施例中。“实施例”，“一个实施例”或“一些实施例”的不同外观不需要都参考相同的实施例。
如果说明书声明一个构件、特征、结构或特性“可以”、“可能”或“能”被包括，特殊构件，特征，结构，或特性不需要被包括。如果说明书或权利要求提到“一个(a)”或“一个(an)”元件，并不意味着只有一个元件。如果说明书或权利要求提到“一个附加的”元件，并不排除是多于一个的附加元件。
在权利要求中，短语“磁性耦合”想要意味“和……在磁通信中”或者换句话说“和……在一个磁通量电路中”，并不是“通过磁吸引的方式机械附着到”。在权利要求中，短语“气隙”想要意味“磁通量聚集的缝隙”并不局限于这种实际上被气体充满的缝隙的情况；在一些应用中，缝隙可以被任何合适的气体或液体例如磁流体充磁，或者是在真空下。
当一个构件被说成是“相邻”另一个构件，它不能被解释成意味着在两个构件之间绝对没有东西，仅是指它们在指示的顺序上。
在不同的指状物中说明的几个特征可以以多种方式被结合，并不应该解释成好像限定它们被解释和示出的到具体的实施例。
本领域中受益于这篇揭示的本领域的人员将理解从上述说明和图中许多其它变化可以在本发明的范围内被实现。当然，本发明不限于以上描述的细节。以下包括另外的任何修正的权利要求限定本发明的范围更合适。
权利要求
1.一种混合结构电磁换能器，包括导磁板；导磁部件；至少一个驱动磁气隙；所述导磁板、导磁部件和至少一个驱动磁气隙共同组成磁路的一部分；内部永久磁体，该内部永久磁体在该至少一个驱动磁气隙中的一个驱动磁气隙提供第一方向的磁通量；外部永久磁体，该外部永久磁体在该至少一个驱动磁气隙中的一个驱动磁气隙提供第一方向的磁通量；
2.根据权利要求1所述的混合结构电磁换能器，其中导磁板包括一个杯状物；内部永久磁体包括下磁体；和外部永久磁体包括上磁体。
3.根据权利要求1所述的混合结构电磁换能器，其中导磁板包括一个极板；外部永久磁体包括下磁体；和内部永久磁体包括上磁体。
4.根据权利要求1所述的混合结构电磁换能器，进一步包括导磁板包括极板，所述极板包含底板和极片；外部永久磁体包括一个磁耦合到底板的下磁体；内部永久磁体包括一个磁耦合到极片的上磁体；和导磁部件包括一个开缝的外部驱动板。
5.根据权利要求1所述的混合结构电磁换能器中，其中内部永久磁体和外部永久磁体的极性方向相同。
6.根据权利要求5所述的混合结构电磁换能器，其中在混合结构电磁换能器装配之后，内部永久磁体和外部永久磁体中至少一个被充磁。
7.一种混合结构电磁换能器，包括杯状物；内部永久磁体，该内部永久磁体磁耦合到该杯状物，并且有第一极性定向；极片，该极片磁耦合到该内部永久磁体，并且限定极片和杯状物之间的驱动磁气隙；外部永久磁体，该外部永久磁体磁耦合到该杯状物，并且有第一极性定向；外部返回路径板，该外部返回路径板耦合到该外部永久磁体，并且限定外部返回路径板和极片之间的低磁阻返回路径磁气隙；和振动膜装置，该振动膜装置包括安置在驱动磁气隙中的音圈。
8.一种混合结构电磁换能器，包括杯状物；内部永久磁体，该内部永久磁体磁耦合到杯状物，并且有第一极性定向；下面的内部驱动板，该下面的内部驱动板磁耦合到内部永久磁体，并限定下面的内部驱动板和杯状物之间的下面的驱动磁气隙；非导磁的篮状物，该非导磁的篮状物耦合到杯状物；上面的外部驱动板，该上面的外部驱动板耦合到该篮状物；外部永久磁体，该外部永久磁体磁耦合到上面的外部驱动板，并且有第一磁定向；外部返回路径板，该外部返回路径板磁耦合到外部永久磁体；上面的内部导磁部件，该上面的内部导磁部件耦合到下面的内部驱动板，并且限定-上面的内部导磁部件和上面的外部驱动板之间的上面的驱动磁气隙，和-上面的内部导磁部件和外部返回路径板之间的返回路径磁气隙；其中一个上面和下面的驱动磁气隙的磁通量与第一方向相同，越过返回路径磁气隙的磁通量是与第一方向相反的第二方向。
9.一种混合结构电磁换能器，包括马达装置包括-极板，该极板包括底板和极片；-外部永久磁体，该外部永久磁体磁耦合到底板，并且具有第一磁定向；-开缝的外部驱动板，该开缝的外部驱动板带有指状物，并磁耦合到该外部永久磁体，和限定该开缝的外部驱动板和极片之间的驱动磁气隙；和-内部永久磁体，该内部永久磁体磁耦合到极片，并且具有第一磁定向；耦合到马达装置的篮状物；和振动膜部件包括-线架；-耦合到线架并装配在驱动磁气隙中间的音圈；-线架托架，该线架托架耦合到线架，并安装在该开缝的外部驱动板的指状物上；-振动膜，该振动膜耦合到线架托架；和-至少一个悬挂部件，该至少一个悬挂部件耦合到机架，以及耦合到线架和线架托架中的一个。
10.根据权利要求9所述的混合结构电磁换能器进一步包括内部返回路径板，该内部返回路径板磁耦合到该内部永久磁体，并且限定该内部返回路径板和该开缝的外部驱动板之间的非驱动返回路径磁气隙。
全文摘要
电磁换能器，例如音频扬声器，通过外部永久磁体(如常规的极板结构换能器)和内部永久磁体(如常规的新型的和杯状物结构换能器)磁通量被提供到驱动磁气隙。两个磁体可以有相同的极性定向，在换能器马达结构装配之后使它们同时被充磁。永久磁体中下面的一个使用导磁板作为它的返回路径。低磁阻返回路径为永久磁体上面的那个准备以改善性能。
文档编号H04R9/02GK1551680SQ20041000670
公开日2004年12月1日 申请日期2004年1月6日 优先权日2003年1月6日
发明者E·M·斯蒂尔斯, E M 斯蒂尔斯 申请人:斯特普技术公司