感生电动式扬声器的制作方法

本发明属于扬声器技术领域，尤其是一种感生电动式扬声器。

背景技术：

现有的电动式扬声器均需要从音圈上引出两条信号线到盆架上，引出线的牵引影响音膜的发声效果，通常的细铜线网式引出线的柔韧性能够满足较大的扬声器的要求，而对于10w以下的5吋左右小型扬声器，由于引出线导致了音膜振动时受力的各向不同性而使得失真度大，又由于电动式扬声器在发生大振幅声音时，由于音圈在磁场中的有效长度减少导致了一些扬声器的低频失真度达到5％至20％，特别是对于微型的耳机扬声器和手机扬声器，引出线导致的音膜振动各向不同性问题更突出，音圈在磁场中的有效长度减少也突出，因而失真度更大，已经成为了微型扬声器攻克不破的难题。

现有电磁感应式扬声器的主要问题是灵敏度低。中国专利文献CN2412342Y的静圈感应式扬声器，其技术方案为：在导磁柱上绕线圈并通过感应使磁隙内的感应环振动而重现来自音圈的音频信号，感应环采用极轻材料从而提高瞬态响应拓宽高频特性。中国专利文献CN201620430140.7公开了一种感应式扬声器，其根据鼠笼式转子电动机的电磁感应原理设计，其将电磁线圈接入不断变化的音频能量信号，产生强度和方向不断变化的磁场，使置于磁场内闭合的电磁感应环产生感生电流，随着音频信号发生震动，带动振盆发出声音，功率的大小随着音频信号的强度改变。日本专利JP2000244998-A公开了一种电磁感应式扬声器，其基本特征是在导磁柱上有一个激励线圈(其所称的音圈)，而在磁缝隙里是一个闭合环，无线圈，该闭合环与音膜连接。国际公开号WO99/52325的日本专利公开了一种感应式扬声器，其在磁缝隙处有一个闭合的感应导电环作为音圈与音膜粘接在一起，带动音膜的振动，而在感应环内侧上夹板的外沿粘接有一个线圈作为激励线圈。美国专利5062140同样公开了一种感应式扬声器，与WO99/52325的日本专利的基本结构一样，也是在上夹板外沿粘接了一个激励线圈，音圈是一个闭合环。公开号2000244998A的日本专利公开了一种感应式扬声器，其在导磁柱上粘接固定了一个激励线圈，音圈是一个闭合的导电感应环。

上述现有的感应式扬声器均具有同一个特点，即：音圈是一个闭合导电环带动音膜的振动。经过理论分析和实验研究证明，上述技术方案存在两个缺陷：一是感应环发热严重，二是所做成的扬声器发声的灵敏度极低，经过测试表明，使用磁路结构、定心支片和音膜完全相同的扬声器，单感应环式扬声器比普通电动式扬声器灵敏度低45dB左右，因而无法达到实用化程度，以至于至今没有厂家生产出可广泛使用的感应式扬声器产品上市。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术问题，提供一种感生电动式扬声器，解决普通电动式扬声器失调较大、普通感应式扬声器灵敏度低的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种感生电动式扬声器，包括激励线圈、音膜、感应音圈、音圈骨架、磁钢、上导磁夹板、下导磁板、定心支片和信号馈线，所述磁钢安装在下导磁板和上导磁夹板之间，所述音膜安装在上导磁夹板的上端，所述定心支片外沿安装在下导磁板外侧上翘部位的上端，所述激励线圈固装在由上导磁夹板和磁钢构成的中心导磁柱上并通过信号馈线与外部音频电流信号相连接，在上导磁夹板外圆侧面与下导磁板上翘部位内圆侧面形成的磁缝隙中间安装感应音圈，该感应音圈是一个绕在音圈骨架的多匝线圈，该音圈骨架和音膜与定心支片内沿粘接在一起,所述磁钢、下导磁板、上导磁夹板均是高导磁率和高电阻率的导磁体。

所述感应音圈为多匝线圈并且通过引线首尾相接形成闭合回路。

所述音圈骨架为一个开口的轻质金属圆筒。

所述所述激励线圈连接信号馈线并穿过下导磁板的通孔与外部音频电流信号相连接。

所述感应音圈的螺线管直径大于或等于激励线圈的螺线管直径，所述感应音圈的圈数大于或等于激励线圈的圈数。

一种感生电动式扬声器，包括激励线圈、音膜、感应音圈、音圈骨架、磁钢、上导磁夹板、下导磁板、外导磁板、定心支片和信号馈线,所述磁钢固装在下导磁板外侧上端与外导磁板之间，所述音膜安装在上导磁夹板的上端，所述定心支片外沿安装在外导磁板的上端，所述激励线圈固装在由下导磁板中心上翘部形成的中心导磁柱上并通过信号馈线与外部音频电流信号相连接，在上导磁夹板外圆侧面与外导磁板之间形成的磁缝隙中间安装感应音圈，该感应音圈是一个绕在音圈骨架的多匝线圈，该音圈骨架和音膜与定心支片内沿粘接在一起，所述磁钢、下导磁板、上导磁夹板和外导磁板均是高导磁率和高电阻率的导磁体。

所述感应音圈为多匝线圈并且通过引线首尾相接形成闭合回路。

所述音圈骨架为一个开口的轻质金属圆筒。

所述所述激励线圈连接信号馈线并穿过下导磁板的通孔与外部音频电流信号相连接。

所述感应音圈的螺线管直径大于或等于激励线圈的螺线管直径，所述感应音圈在磁缝隙中的有效圈数大于或等于激励线圈的圈数。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用双线圈结构，将激励线圈缠绕在中心导磁柱上并将线头与通过下导磁板的孔穿出的信号馈线连接，信号馈线可以是硬线或软线，将感应音圈缠绕在开口金属骨架上，感应音圈首尾相接形成闭合回路，音频信号电流通过信号馈线引到激励线圈上产生交变磁场，进而使得位于磁缝隙中的感应音圈产生感生电流，该感生电流在磁场中受洛仑兹力作用引起音圈振动，从而带动音膜发声，感音线圈是多层多股缠绕的，并且首尾相接形成闭合回路，骨架采用轻质金属薄片做成开口圆筒，感应音圈在磁缝隙中的有效圈数与激励线圈的圈数之比越大灵敏度越高且失真度越小，感应音圈的螺管直径与激励线圈的螺管直径之比越大灵敏度越高，即使采用闭口的骨架也能发声但是骨架温升高，感应音圈开环虽然也能发声但是灵敏度降低5dB至10dB，感生电动式扬声器基本上可以实现与同磁路结构的电动式扬声器相当水平的灵敏度，比传统的单感应环式感应扬声器灵敏度提高45dB左右。

2、由于音圈上没有信号馈线与外部连接，音圈与盆架无连接线,可以保证音膜振动时的各向同性，因而可降低失真度，特别是对于小型和微型扬声器的失真度降低明显，工业生产中更方便将感应音圈与音膜注塑成形在一起。

3、与电动式扬声器相比，本发明即使在低频大振幅振动时感应音圈的有效圈数改变量少，感生电流始终在磁场中的音圈上产生并且受到最大的洛仑兹力，在大振幅发声时所产生的畸变更小。

4、本发明将外部馈入的音频电流信号通过信号馈线连接到激励线圈上，激励线圈通过导磁柱传导散热，因而感生电动式扬声器的功率容限大，可用于大功率扬声器。

5、本发明中的磁钢、上导磁夹板、下导磁板和外导磁板都是高导磁率、高电阻率的导磁体，如铁氧体软磁、硅钢片叠合而成的导磁软体、坡莫合金，也可以用铁氧体、钕铁硼硬磁材料等永磁体构成的一体式磁路，降低磁回路的涡流损耗小，以提高综合电-声转换效率。

6、感生电流与激励线圈中的电流符合线性关系，因而本发明是一个线性播放器。

7、本发明利用了多圈式感应音圈，提高了响应灵敏度，同时采用开口的铝骨架，避免了音圈过热的问题。

8、本发明通过增大感应音圈在磁缝隙中的有效圈数与激励线圈的圈数之比可以提高感生电动式扬声器的响应灵敏度。

9、本发明通过增大感应音圈的螺线管直径与激励线圈的螺线管直径之比可以提高感生电动式扬声器的响应灵敏度并且降低失真度。

本发明实现了高灵敏度低失调的高线性声音播放功能，应用于微型扬声器可以显著降低失真度，应用于大功率扬声器可以解决散热问题，可广泛用于各种尺寸的喇叭，特别是用于手机喇叭、耳机喇叭等微型扬声器可实现低失调，用于中型喇叭可实现高保真，用于大功率喇叭可实现良好散热。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的结构示意图(内磁式)；

图2是本发明第二种实施例的结构示意图(外磁式)；

图中，1-激励线图，2-感应音圈，3-音圈骨架，4-音膜，5-磁钢，6-下导磁板，7-上导磁夹板，8-定心支片，9-信号馈线，10-外导磁板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

本发明是一种双线圈结构的感生电动式扬声器，一个激励线圈位于中心导磁柱上与导磁柱紧密粘接固定，另一个感应音圈位于音圈骨架上并且首尾相接形成闭合回路，感应音圈缠绕在一个开口的薄铝片制成的骨架上，感应音圈可以用纯铝漆包线以减小质量，感应音圈上没有信号馈线与盆架相接。磁钢是一种高电阻率的永磁体，上导磁夹板、下导磁板和外导磁板都是高电阻率高导磁率的软磁材料，降低磁回路的涡流损耗小提高电-声转换效率。音频电流信号通过信号馈线输入到激励线圈中产生交变磁场使得感应音圈中产生感生电流和在音圈骨架导体中产生感生电流或者涡流，感应音圈中的感生电流和涡流在磁缝隙中的磁场中产生洛仑兹力使音圈振动而带动音膜发声。感应音圈的螺线管直径大于激励线圈的螺线管直径，感应音圈的螺线管直径与激励线圈的螺线管直径之螺管径比越大则感生电动式扬声器的灵敏度越高且失真度越小，感应音圈在磁缝隙中的有效圈数大于激励线圈的圈数，感应音圈在磁缝隙中的有效圈数与激励线圈的圈数之比越大则感生电动式扬声器的灵敏度越高且失真度越小，感应音圈通常绕成2层或者4层便于将其引线首尾相接形成闭合回路，感应音圈不需要低阻所以可以用纯铝漆包线以减轻质量来提高高频响应，激励线圈要求高导电性所以应该用纯铜线漆包线。

应该说明的是，感应音圈的引线首尾不接不形成回路时，感生电动式扬声器仍然能够发声，只是灵敏度低5dB至10dB，尤其是低频灵敏度低，且失真度增大，当闭合的感应音圈中间被蹭断线时感生电动式扬声器仍能发声，只不过灵敏度降低，而且多处断线和一处断线的效应相同，即只要不散圈导致总圈数减少，灵敏度就与开路接近。音圈骨架闭合时仍能发声，而且闭合时比开口时的骨架贡献的灵敏度大5dB至10dB，但是音圈骨架闭合时骨架发热导致升温太高。当感应音圈绕在非金属音圈骨架(如环氧树酯薄板)时仍能发声，只不过非金属音圈骨架不会对发声产生贡献。虽然激励线圈装在磁缝隙时感生电动式扬声器也能发声但是会降低磁缝隙的磁场强度导致灵敏度降低，激励线圈装在中心导磁柱上能够保证磁缝隙足够窄而提高磁缝隙的磁场强度来提高感生电动式扬声器的灵敏度，当激励线圈安装与中心导磁柱间有缝隙时仍能发声，只不过灵敏度降低约3dB。

本发明利用激励线圈在扬声器的磁隙中产生交变磁场，从而在音圈中产生感生电流，音圈受该感生电流在磁场中产生的洛仑兹力的作用而振动。本发明在磁路结构上与普通电动式扬声器基本一样，低频响应和高频响应都有所提高，频带有所展宽，只是在导磁体上增加了一个激励线圈，激励线圈由外部音频信号电流供电，而感应音圈是多匝的并且首尾短路形成回路，该感生电动式扬声器播放声音信号的失调比传统的电动式扬声器低，特别是低频声音的失调低，同时比传统的单感应环式感应扬声器灵敏度提高45dB左右。

下面给出两个实施例，对本发明进一步说明：

实施例1

一种内磁式感生电动式扬声器，如图1所示，包括激励线圈1、感应音圈2、音圈骨架3、音膜4、磁钢5、下导磁板6、上导磁夹板7、定心支片8和信号馈线9。所述磁钢5安装在下导磁板6和上导磁夹板7的中心柱之间并通过螺栓固装或者胶粘在一起。所述激励线圈1紧固安装在由上导磁夹板7的下端和磁钢5组合成的中心导磁柱上，该激励线圈1连接信号馈线9且该信号馈线穿过下导磁板的通孔并连接外部音频电流信号。磁钢5是一种高电阻率的永磁体、上导磁夹板7和下导磁板6都是高导磁率和高电阻率的导磁材料，降低磁回路的涡流损耗小。上导磁夹板7外沿侧面与下导磁板6的外侧上翘端内侧形成磁缝隙，所述感应音圈2位于磁缝隙中间。所述音膜4由中间半圆防尘罩和外围的喇叭构成并安装在音圈骨架3上，所述感应音圈2绕装在音圈骨架3上，所述定心支片8的外沿安装在下导磁夹板6的外侧上翘端面,定心支片8的内沿与音圈骨架3和音膜4粘接固定在一起，该定心支片8保持感应音圈不产生偏向。本发明中的感应音圈2没有与外部的连接线保证了在带动音膜振动时的各向同性。

实施例2

一种外磁式感生电动式扬声器，如图2所示，包括激励线圈1、感应音圈2、音圈骨架3、音膜4、磁钢5、下导磁板6、上导磁夹板7、定心支片8、信号馈线9和外导磁板10。磁钢5是一种高电阻率的永磁体、上导磁夹板7、下导磁板6和外导磁板10都是高导磁率和高电阻率的软磁材料，降低磁回路的涡流损耗小以提高电-声转换效率。上导磁夹板7安装在下导磁板6的中心上翘端面上并通过螺栓或者胶粘固装在一起，所述磁钢5安装在下导磁板6外侧上端面与外导磁板10之间并通过螺栓或者胶粘固装在一起，上导磁夹板7的外侧面与外导磁板10的内侧面之间形成磁缝隙，所述感应音圈2位于磁缝隙中间。所述激励线圈1紧固安装在由下导磁板6的中心上翘部形成的中心导磁柱上，该激励线圈1连接信号馈线9且该信号馈线9穿过下导磁板的通孔并连接外部音频电流信号。所述音膜4由中间半圆防尘罩和外围的喇叭构成并安装在音圈骨架3上，所述感应音圈2绕装在音圈骨架3上，该音圈骨架3与音膜4粘接在一起，所述定心支片8的外沿安装在外导磁板10的上端面,定心支片8的内沿与音圈骨架3和音膜4粘接固定在一起，该定心支片8保持感应音圈不产生偏向。本发明中的感应音圈2没有与外部的连接线保证了在带动音膜振动时的各向同性。

本发明的工作原理为：

外部输入的音频电流信号经过信号馈线9馈入激励线圈1后，产生交变磁场，通过中心导磁柱导向磁缝隙，使得位于磁缝隙中的感应音圈2中产生感生电流，同时在音圈骨架3中产生涡流，磁钢5通过上导磁夹板7和下导磁板6到达磁缝隙中形成静态强磁场，感应音圈2上的感生电流和涡流在磁场中的洛仑兹力作用而上下振动，其振动的力度和方向受外部输入的音频电流控制，二者呈线性关系。感应音圈2和音圈骨架3一起带动音膜4振动而发声。

在上述方案中，感生电流在磁隙中的洛仑兹力：

U是输入到激励线圈上的音频电压，B是磁隙中的磁场强度，螺线管径比n_D＝D₂/D₁，D₁是激励线圈的螺线管直径，D₂是感应音圈的螺线管直径，n_D越大，洛仑兹力F越大，N₁是激励线圈匝数，N₂是感应音圈在磁缝隙中的有效圈数，有效匝数比n_N＝N₂/N₁，n_N越大，洛仑兹力F越大。ρ是初级线圈的电阻率，S是激励线圈的导线截面积，B与导磁率有关，k是和导磁材料的电阻率有关的电磁感应耦合系数，电阻率越大涡流损耗越小k越大。当D₂＞D₁，即螺线管径比n_D＞1，N₂＞N₁，即圈数比n_N＞1，S足够大，B足够大时，感应式扬声器的灵敏度就高，洛仑兹力F与驱动电压成正比，与感应音圈圈材料的电阻率ρ₂无关，即感应音圈不必用铜线，可直接用铝线。

感应音圈上的每匝线圈上的热量：

I是输入到激励线圈上的音频电流，N₁是激励线圈匝数，N₂是感应音圈在磁缝隙中的有效圈数，有效匝数比n_N＝N₂/N₁，有效匝数比越大，总发热量越小。为了降低总发热量，激励线圈要采用低电阻率ρ的导线。只要N₁足够而不宜太大，能够感应出足够的交就能磁场就行，也就是主要是要控制激励线圈的电感量，电感量越大高频感抗就越大，高频响应会降低。但是N₁太大线太长总发热量大。一定的感抗下高频的电磁感应优于低频，所以感生电动式扬声器的频响范围比电动式更宽。当激励线圈安装与中心导磁柱间有缝隙时仍能发声，只不过灵敏度降低约3dB。

为实现上述发明目的，本发明提供的感生电动式扬声器的激励线圈的输入电阻设计在2Ω，4Ω，8Ω等标准值范围内，可以播放通常的声音信号，无需修改与之配套的音频功率放大器。

需要特别说明的是，感生电动式扬声器既可以设计成内磁式(实施例1)，也可以设计成外磁式(实施例2)，甚至可以是复合多磁路式，感应音圈由连续缠绕的线圈两头短路作为感应音圈，感应音圈绕在开口的铝骨架上，在磁路结构形式的其他变化都属于本发明的权利要求范畴。在音圈的形式上修改成多闭合环叠加或者多开口环叠加，或者将激励线圈的位置在磁路上进行调整，只要同时使用了多匝的感应音圈和激励线圈，就都属于本发明的权利要求范畴。