声换能器总成的制作方法
【专利摘要】一种用于具有大体等于空隙长度的移动线圈的声换能器的驱动器。所述空隙自身可使用上唇缘或下唇缘或两者而在长度上延伸。还提供了一种固定线圈。所述移动和所述固定线圈可由适当的控制块控制来形成减少了扭曲的基于电磁的换能器。
【专利说明】声换能器总成
【技术领域】
[0001]本文描述的实施方案涉及声换能器。明确来说，描述的实施方案涉及声换能器中使用的驱动器。
【背景技术】
[0002]许多声换能器或驱动器使用移动线圈动态驱动器来产生声波。在大多数换能器设计中，磁体提供具有空隙的磁通路径。移动线圈与空隙中的磁通量起作用来移动驱动器。最初，电磁用来产生固定磁通路径。这些基于电磁的驱动器经受高能耗和损失。声驱动器还可由永久磁体制成。虽然永久磁体不耗能，但其具有有限的BH乘积，可能体积大且取决于磁性材料会是昂贵的。相反，基于电磁的驱动器不经受相同的BH乘积限制。
[0003]现今，已经开发了更有效的基于电磁的声换能器，其并入了电磁的优点同时减小了其一些缺点的作用。然而，在基于电磁的声换能器中，跨过空隙的磁通量的非线性会在再生成的声音中并入不合需要的噪音。需要最小化或消除这种非线性。
【发明内容】
[0004]在一般方面，提供了一种用于声换能器的驱动器，其包括:移动膜片；由磁性材料形成的驱动器主体，驱动器主体包括:中心支柱；外壁，其经由驱动器主体的底部耦接到中心支柱；和环形板，其从外壁朝向中心支柱向内延伸；耦接到膜片的移动线圈，移动线圈至少部分布置在形成于环形板与中心支柱之间的空隙内；和固定线圈，其布置在由环形板、夕卜壁、底部和中心支柱界定的空腔内。
[0005]在一些情况中，环形板包括上唇缘，其布置在环形板的内端，上唇缘远离空腔延伸来延伸空隙。在一些情况中，空隙在上唇缘的外部比在环形板的中部具有更大宽度。在一些情况中，随着上唇缘远离环形板延伸，上唇缘的宽度渐缩成更窄。
[0006]在一些情况中，环形板包括下唇缘，其布置在环形板的内端，下唇缘延伸到空腔中来延伸空隙。在一些情况中，空隙在下唇缘的外部比在环形板的中部具有更大宽度。在一些情况中，随着下唇缘远离环形板延伸，下唇缘的宽度渐缩成更窄。
[0007]在一些情况中，移动线圈具有大体等于空隙的空隙长度的移动线圈长度。移动线圈长度是移动线圈最大行程的至少400%。
[0008]在一些情况中，驱动器主体在底部与外壁之间具有渐缩外拐角。在一些情况中，驱动器主体在外壁与环形板之间具有渐缩外拐角。在一些情况中，驱动器主体具有中心支柱的渐缩上内部。
[0009]在一些情况中，环形板的内面不平行于中心支柱。在一些情况中，空隙在空隙的外部更宽且在空隙的中部更窄。
[0010]在一些实施方案中，驱动器还包括至少一个额外环形板，所述至少一个额外环形板界定至少一个额外空隙和至少一个额外空腔。
[0011]在一些情况中，至少一个额外环形板的内部耦接到中心支柱的上部，其还包括布置在至少一个额外空腔内的额外固定线圈，其中额外固定线圈具有额外磁通路径，其在固定线圈的磁通路径的相反方向上旋转。
[0012]在一些实施方案中，驱动器还包括至少一个额外移动线圈，其分别布置在至少一个额外空隙内；和至少一个额外固定线圈，其分别布置在至少一个额外空腔内。
[0013]在另般方面。提供了一种声换能器，其包括:音频输入终端，其用于接收输入音频信号；控制系统，其用于:产生至少一个时变固定线圈信号，其中固定线圈信号对应于音频输入信号；以及产生至少一个时变移动线圈信号，其中移动线圈信号对应于音频输入信号和固定线圈信号；和根据实施方案的驱动器，驱动器电耦接到控制系统。
[0014]下文描述各个方面和实施方案的额外特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]现将详细参考附图描述本发明的多个实施方案，其中:
[0016]图1是示例性基于电磁的声换能器的剖面图；
[0017]图2是图1的示例性声换能器的斜视图；
[0018]图3A到图3C是根据各个示例性实施方案的声换能器的空隙的详细剖面图；
[0019]图4是根据示例性实施方案的示例性驱动器的透视图；
[0020]图5是图4的驱动器的截面图；
[0021]图6A到图6F是用于图4的驱动器的各个替代几何形状的截面图；
[0022]图7是另一示例性驱动器的截面图；
[0023]图8是又另一示例性驱动器的截面图；和
[0024]图9是又另一示例性驱动器的截面图。
[0025]附图的各个特征不按规定比例绘制以便图示下文描述的实施方案的各个方面。在附图中，对应的元件一般由类似或对应的元件符号指定。
【具体实施方式】
[0026]首先参考图1和图2，其图示了示例性基于电磁的声换能器100。换能器100具有输入终端102、控制块104和驱动器106。图1以截面图示了驱动器106以及以方框图形式图示了换能器100的其余部分。图2以斜视图更详细地图示了换能器100的部分，包括驱动器106。
[0027]控制块104包括固定线圈信号产生块108和移动线圈信号产生块110。固定和移动线圈信号产生块中的每一个耦接到输入终端102。在操作时，在输入终端102处接收输入音频信号Vi,且其被传输到固定线圈信号产生块108和移动线圈信号产生块110两者。固定线圈信号产生块108响应于输入信号Vi在节点126处产生固定线圈信号Is。类似地，移动线圈信号产生块110响应于输入信号Vi在节点128处产生移动线圈信号Im。
[0028]驱动器106包括由磁性材料112组成的驱动器主体、膜片114、移动线圈架116、固定线圈118和移动线圈120。驱动器106还包括选用膜片支撑件或三脚架122和包围物123。
[0029]由磁性材料112形成的驱动器主体一般是螺旋形且具有螺旋形空腔134。明确来说，驱动器主体可包括中心支柱160、底部149和外壁148。固定线圈118定位在空腔134内。在各个实施方案中，磁性材料112可由一个或多个部件形成，其可容许固定线圈118更容易地插入或形成在空腔134内。磁性材料112响应于固定线圈信号被磁化，在磁性材料中产生磁通量。磁性材料在其磁性电路138中具有环形或螺旋形空隙136且磁通量流动通过空隙136或在其附近。
[0030]磁性材料112可由能够在存在磁场的情况下被磁化的任何材料形成。在各个实施方案中，磁性材料112可由两种或两种以上这种材料形成。在一些实施方案中，磁性材料可由叠片形成。在一些实施方案中，叠片可径向组装且可呈楔形使得合成磁性材料形成且叠片之间没有间隙。
[0031]移动线圈120安装在移动线圈架116上。移动线圈120耦接到移动线圈信号产生块I1且接收移动线圈信号Im。膜片114安装到移动线圈架116使得膜片114与移动线圈120以及移动线圈架116 —起移动。移动线圈120和移动线圈架116响应于移动线圈信号Im和空隙中的通量而在空隙136内移动。随移动线圈架移动的声换能器组件被称为移动组件。当移动线圈架运动时固定的组件可被称为固定组件。声换能器的固定组件包括磁性材料112和固定线圈118。
[0032]在各个实施方案中，声换能器可适于使防尘盖132与磁性材料112之间的空间通风。举例来说，磁性材料中可形成孔，或移动线圈架中可形成孔来使所述空间通风，从而减少或防止气压影响膜片的移动。
[0033]控制块104响应于输入信号Vi产生固定和移动线圈信号使得膜片114产生对应于输入信号Vi的音频波140。
[0034]固定和移动线圈信号对应于输入信号且还相互对应。两个信号都是时变信号，其中在声换能器的操作期间，信号幅值无需固定在单一幅值。固定线圈信号Is中的变化在磁性材料112和空隙136中产生不同级别的磁通量。移动线圈信号Im中的变化造成膜片114的移动，来产生对应于输入音频信号Vi的声音。在所不的实施方案中，固定和移动线圈信号产生块相互耦接。固定线圈信号Is或固定线圈信号改版被提供到移动线圈信号产生块110。移动线圈信号产生块110适于部分响应于固定线圈信号Is以及输入信号Vi产生移动线圈信号Im。
[0035]在其它实施方案中，固定线圈信号可响应于移动线圈信号和输入信号产生。在一些其它实施方案中，移动和固定线圈信号产生块可以不相互耦接，但所述块中的一个或两个可适于评估或模制由另一块产生的线圈信号且接着响应于模制线圈信号和输入信号产生其自身的各自线圈信号。
[0036]基于电磁的声换能器的设计和操作(包括移动和固定线圈信号产生块的进一步细节)描述于美国专利第8，139，816号，其全文以引用方式并入本文中。
[0037]在声换能器中，“上悬”拓扑通常用于移动线圈，其中移动线圈120的长度超过空隙136的长度。相反，在一些其它声换能器中，“下悬”拓扑可用于移动线圈，其中移动线圈120的长度小于空隙136的长度。
[0038]现参考图3A到图3C，图示了根据各个实施方案的声换能器100的空隙的详细剖面图。
[0039]图3A图示了声换能器300A的电动机的下悬拓扑。在换能器300A中，空隙136通常具有长度匕。移动线圈120A具有长度1^，其小于长度G1。长度L1通常明显小于长度G1,举例来说，小于长度GJ^80%。
[0040]下悬拓扑的性能一般会受限于磁性材料112的顶板厚度，其可限制实体移位可能。此外，呈下悬拓扑的移动线圈的短绕组会在操作期间导致高温，而芯体和磁性材料112外径的存在会导致高感应系数和通量调制。
[0041]然而，因为移动线圈的形成通常受限，且还因为移动线圈全部或大部分保留在具有大体线性磁通量的空隙区域内，所以下悬拓扑一般享有相对线性性能特性。
[0042]图3B图示了用于声换能器300B的电动机的上悬拓扑。在换能器300B中，空隙136还具有长度Gp然而，移动线圈120B具有长度1^2，其大于长度A。长度L2通常明显大于长度G1，举例来说，大于长度G1的120%。
[0043]与下悬拓扑相反，上悬拓扑可因较长绕组而在较低温度下操作，且可被设计用于相对较大行程。然而，由于空隙136边缘存在的磁通量的非线性，且还由于空隙外的非线性或弱磁通量，上悬移动线圈会经受因非线性性能特性引起的明显扭曲。
[0044]图3C图示了用于声换能器300C的电动机的平衡或平悬拓扑。在换能器300C中，空隙136具有长度G1，且移动线圈120C具有长度L3，其大体等于长度G1 (例如在长度G1的约5%到10%内)。
[0045]在与目标行程比较G1较大的情况下，平衡拓扑可享有类似于常规上悬设计的线性性能(即较不扭曲)，同时还比下悬设计提供更大的行程和更好的温度性能。此外，空隙和移动线圈的匹配长度针对相同线性行程减小了磁阻，其容许明显较少磁化电流来产生相同总通量。然而，具有大G1 L3的平衡拓扑将需要磁性材料112的相对较厚顶板，这会明显增加换能器的重量和成本。
[0046]因此，需要的是一种延伸移动线圈长度的方式(类似于上悬设计)以及一种延伸空隙长度的方式(类似于下悬设计)，而不使换能器的顶板厚得不切实际。
[0047]现参考图4和图5，图示了具有平衡拓扑驱动器400的示例性基于电磁的声换能器。图4以透视图图示了驱动器406且图5以截面图图示了驱动器406。
[0048]驱动器406 —般类似于图1和图2的驱动器106。明确地说，驱动器406包括磁性材料412、膜片414、移动线圈架416、固定线圈418和移动线圈420。
[0049]磁性材料412通常是螺旋形且具有螺旋形空腔434。固定线圈418定位在空腔434内。在各个实施方案中，磁性材料412可由一个或多个部件形成，其可容许固定线圈418更容易地插入或形成在空腔434内。磁性材料412响应于固定线圈信号被磁化，在磁性材料中产生磁通量。磁性材料在其磁性电路438中具有环形或螺旋形空隙436且磁通量流动通过空隙436或在其附近。
[0050]磁性材料412可由能够在存在磁场的情况下被磁化的任何材料形成。在各个实施方案中，磁性材料412可由两种或两种以上这种材料形成。在一些实施方案中，磁性材料可由叠片形成。在一些实施方案中，叠片可径向组装且可呈楔形使得合成磁性材料形成且叠片之间没有间隙。在一些实施方案中，磁性材料412可由两件或两件以上形成，其可经由摩擦配合或另一合适的组装方式被组装在一起。
[0051]在一些实施方案中，磁性材料可具有形成在其顶板、底板或侧壁中的一个或多个孔452，其可用来从控制块排程电线或用于通风。
[0052]移动线圈420安装在移动线圈架416上。移动线圈420可耦接到移动线圈信号产生块，诸如换能器100中的块110。膜片414安装到移动线圈架416使得膜片414与移动线圈420以及移动线圈架416 —起移动。移动线圈420和移动线圈架416响应于移动线圈信号和空隙中的通量而在空隙436内移动。随移动线圈架移动的声换能器组件被称为移动组件。当移动线圈架运动时固定的组件可被称为固定组件。声换能器的固定组件包括磁性材料412和固定线圈418。
[0053]磁性材料412包括朝向中心支柱460向内延伸、远离磁性材料412的外末端延伸的顶板440。在接近空隙436处，顶板440具有上唇缘442，其布置在环形板内端且远离空腔434和顶板440延伸来延伸空隙436的长度，或具有下唇缘444，其布置在环形板内端且延伸到空腔434中同样来延伸空隙436的长度，或如图所示的两者。顶板440 —般对应于磁性材料412的螺旋形状形成环形或螺旋形板。上唇缘442和下唇缘444两者一般也是环形或螺旋形且用来增大在最接近空隙处的顶板厚度，因此增大空隙的有效长度。在一些情况中，上唇缘或下唇缘可随着其延伸离开顶板而渐缩。
[0054]为了减轻扭曲，移动线圈420可具有是期望行程长度的至少400 %且一般在400 %与500%之间的长度。替代地或此外，空隙可被延伸来减轻扭曲。同样地，其它技术可用来定形磁通量，如本文更详细描述。
[0055]现参考图6A到图6F，示出了用于驱动器的各个替代几何形状的截面图。未示出图示的驱动的各个元件，诸如移动线圈架420和固定线圈418以便不使各自几何形状模糊。
[0056]现参考图6A，图示了具有磁性材料412的驱动器606A，其包括中心支柱460。驱动器606A具有上唇缘442A，其一般比下唇缘444A更短且更窄。
[0057]现参考图6B，图示了具有磁性材料412的驱动器606B，其包括中心支柱460。驱动器606B具有上唇缘442B，其一般比下唇缘444B更短且更窄。驱动器606B的磁性材料412的部分已经在612、614和616处移除，从而在底部与外壁之间且在外壁与环形板之间造成渐缩外拐角。中心支柱的上内部分也渐缩。与其余磁性材料412比较，移除的部分对应于具相对较低通量密度的材料体积。因此，低通量密度部分的移除对驱动器通量或性能极少有或没有影响，同时减少了重量和材料成本。
[0058]现参考图6C，图示了具有磁性材料412的驱动器606C，其包括中心支柱460。驱动器606C具有上唇缘442C和下唇缘444C。驱动器606C还具有定形空隙436C，其中从中心支柱460到上唇缘442C的外边缘或下唇缘444C的外边缘或两者的空隙大于向内位于各自外边缘的空隙436C’。因此，空隙可在上唇缘(下唇缘)的外部比在环形板的中部具有更大宽度。另外，由环形板和任何上唇缘或下唇缘形成的内面不平行于中心支柱，造成空隙在空隙外部较宽且在空隙中部较窄。
[0059]虽然图6C中图示了平滑弯曲、凸起或椭圆形形状，但其它几何形状也可用于减小空隙中部中的空隙距离。举例来说，可使用三角形、梯形、抛物线形、高斯曲线形或其它形状。
[0060]空隙的弯曲或渐缩形状造成空隙中部中的通量密度相对较高。当中部中的BL(即，移动线圈长度X通量密度)仍由移动线圈链接时，这一般提高了高行程下的线性。这还具有针对高行程长度提高BL的作用。
[0061]现参考图6D，图示了具有磁性材料412D的驱动器606D，其包括中心支柱460D。驱动器606D具有上唇缘442D和下唇缘444D。驱动器606D的中心支柱460D和磁性材料412D具有径向圆形轮廓。如图6C的驱动器606C，圆形轮廓消除了含有相对较低通量密度的磁性材料部分。
[0062]现参考图6E，图示了具有磁性材料412和中心支柱460的驱动器606E。驱动器606E仅具有下唇缘444E。
[0063]现参考图6F，图示了具有磁性材料412和中心支柱460的驱动器606F。驱动器606F仅具有上唇缘444F。
[0064]现参考图7，图示了具有磁性材料412和中心支柱460的驱动器706。与图4的驱动器406形成对比，驱动器706具有多个环形板740A、740B和740C，其中每个包括各自下唇缘744A、744B和744C。在一些实施方案中，环形板740A、740B和740C中的每一个可具有单独或与各自下唇缘组合的上唇缘(未示出)。
[0065]由环形板的下唇缘或上唇缘(如果存在)形成的空腔部分734A、734B和734C可含有单独固定线圈(未示出)。同样，可提供多个移动线圈(未示出)，其对应于在中心支柱460与下唇缘744A、744B和744C之间形成的各自空隙736A、736B和736C。
[0066]为了防止磁性材料从相邻线圈抵消，固定线圈的绕组窗的面积从空腔部分734A到734C逐渐增大，使得固定线圈的尺寸从“顶部”到“底部”增大。这驱动了通量进入驱动器706的中心。
[0067]现参考图8，图示了具有磁性材料412和中心支柱460的驱动器806。驱动器806一般类似于驱动器706，除了环形板840A、840B和840C没有上唇缘或下唇缘之外。
[0068]在驱动器806中，空隙836A、836B和836C被尺寸化来分别相对于固定线圈818A、818B和818C的高度产生厚间隙。这种厚间隙的产生导致磁通量的边缘现象，其造成空隙上方通量密度的消除。
[0069]现参考图9，图示了具有磁性材料912和中心支柱960的驱动器906。驱动器906一般类似于驱动器406，除了驱动器906的顶部接触中心支柱960使得空隙936包含在驱动器906内之外。
[0070]驱动器906包括两个固定线圈918A和918B，其以推拉方式配置。因此，固定线圈918A用于磁通路径991，而固定线圈918B用于在与通量路径991相反的方向上旋转的相对磁通路径992。因此，大多数或全部磁通量可完全包含在磁性材料912内，使得其穿过移动线圈(未示出)。这会造成超过开口空隙设计20%至30%之间的效率增益。然而，举例来说，必须通过提供穿过磁性材料中的一个或多个孔的一个或多个支柱来提供音圈到扬声器纸盆的合适附接。
[0071]上文描述的各个实施方案以方框图级别描述且使用一些离散元件来图示实施方案。包括上述实施方案的本发明实施方案可在数字信号处理装置中执行。
[0072]本文已经仅通过举例描述本发明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对这些示例性实施方案作出各种修改和变更，其仅受限于附属权利要求。
【权利要求】
1.一种用于声换能器的驱动器，其包括: -移动膜片； -由磁性材料形成的驱动器主体，所述驱动器主体包括: -中心支柱； -外壁，其经由所述驱动器主体的底部耦接到所述中心支柱；和 -环形板，其从所述外壁朝向所述中心支柱向内延伸； -耦接到所述膜片的移动线圈，所述移动线圈至少部分布置在形成于所述环形板与所述中心支柱之间的空隙内；和 -固定线圈，其布置在由所述环形板、所述外壁、所述底部和所述中心支柱界定的空腔内。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述环形板包括上唇缘，所述上唇缘布置在所述环形板的内端，所述上唇缘远离所述空腔延伸来延伸所述空隙。
3.根据权利要求2所述的驱动器，其中所述空隙在所述上唇缘的外部比在所述环形板的中部具有更大的宽度。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的驱动器，其中随着所述上唇缘远离所述环形板延伸，所述上唇缘的宽度渐缩成更窄。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动器，其中所述环形板包括下唇缘，所述下唇缘布置在所述环形板的内端，所述下唇缘延伸到所述空腔中来延伸所述空隙。
6.根据权利要求5所述的驱动器，其中所述空隙在所述下唇缘的外部比在所述环形板的中部具有更大宽度。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的驱动器，其中随着所述下唇缘远离所述环形板延伸，所述下唇缘的宽度渐缩成更窄。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动器，其中所述移动线圈具有大体等于所述空隙的空隙长度的移动线圈长度。
9.根据权利要求8所述的驱动器，其中所述移动线圈长度是所述移动线圈最大行程的至少400%。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的驱动器，其中所述驱动器主体在所述底部与所述外壁之间具有渐缩外拐角。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的驱动器，其中所述驱动器主体在所述外壁与所述环形板之间具有渐缩外拐角。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的驱动器，其中所述驱动器主体具有所述中心支柱的渐缩上内部。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的驱动器，其中所述环形板的内面不平行于所述中心支柱。
14.根据权利要求13所述的驱动器，其中所述空隙在所述空隙的外部更宽且在所述空隙的中部更窄。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的驱动器，其还包括至少一个额外环形板，所述至少一个额外环形板界定至少一个额外空隙和至少一个额外空腔。
16.根据权利要求15所述的驱动器，其中所述至少一个额外环形板的内部耦接到所述中心支柱的上部，其还包括布置在所述至少一个额外空腔内的额外固定线圈，其中所述额外固定线圈具有额外磁通路径，其在所述固定线圈的磁通路径的相反方向上旋转。
17.根据权利要求15所述的驱动器，其还包括:至少一个额外移动线圈，其分别布置在所述至少一个额外空隙内；和至少一个额外固定线圈，其分别布置在所述至少一个额外空腔内。
18.—种声换能器,其包括: -音频输入终端，其用于接收输入音频信号； -控制系统，其用于: -产生至少一个时变固定线圈信号，其中所述固定线圈信号对应于所述音频输入信号；以及 -产生至少一个时变移动线圈信号，其中所述移动线圈信号对应于所述音频输入信号和所述固定线圈信号；和 -根据权利要求1至17中任一项所述的驱动器，所述驱动器电耦接到所述控制系统。
【文档编号】H04R9/00GK104429101SQ201380036092
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】J.B.弗伦奇 申请人:哈曼贝克自动系统制造有限责任公司