专利名称：一种水中音乐体感振动发射换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种换能器，特别是涉及一种电动式水中音乐体感振动发射换能器。
背景技术：
自古以来，人类就认识到音乐对情绪和生理的影响，并用音乐来解除疾病的痛苦。近年来发达国家随着亚健康人群数量的不断增加和自然疗法的兴起，音乐疗法逐渐得到人们的关注和欢迎。音乐疗法的基础为人体的音乐感知。人体音乐感知接受途径为耳朵(听觉)。以往，中国音乐治疗以聆听方式为主，2002年卫生部中日友好医院临床医学研究所中西医结合亚健康研究室引入全日本音乐治疗联盟理事小松明先生发明的体感音乐振动床垫和沙发，创建宫音体感振动疗法，并开展了宫音体感振动疗法的基础与临床研究。
鉴于声波在介质中的传播特性和研究中发现，人体对体感音乐振动床垫或沙发的音乐声波感知远不如音乐发射换能器在水介质中的效果好。其原因在于人体的声阻抗与水的接近，而与空气相比差几个量级。故开始进行水中音乐体感振动发射换能器的研制和相关生物学效应研究。
目前国外有空气中电动音乐体感振动发射换能器，如文献1日本“人间と历史社出版”，小松明编著，2003年3月31日出版的“振动音乐疗法”书中，所介绍的音乐体感振动床垫，用的发射换能器就是一种在空气中用的电动式音乐体感振动发射换能器。它的结构是常规空气中用的扬声器，主要的部件磁体是普通的铁氧体，没有水密结构，遇水就导通短路，因此不能在水中用。另外体积大，重量重。且水中的声阻抗比空气中的大得多，所以它在水中辐射不出声波，故不能作为水中音乐体感振动发射换能器用。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有的电动音乐体感振动发射换能器不能应用于水下的缺陷；提供一种体积小，发射的谐振频率低，能与水绝缘密封，易发散热量的电动式水中音乐体感振动发射换能器。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的电动式水中音乐体感振动发射换能器，包括壳体13、电缆2、音圈10、音圈罩11、振板7、信号线1，磁场发生装置；其特征在于还包括一中心带有圆孔的穿孔螺钉18，和橡胶垫圈；其中壳体13为圆筒形，其侧壁上开有电缆密封口5，和壳体13的内壁开有用来安放振板7的凹槽，壳体的内底面设置磁场发生装置；所述的振板7中间开有一与音圈罩11的尺寸大小相匹配的孔，音圈罩11安装在该孔内，音圈罩11罩在音圈10外，振板7、音圈罩11和音圈10三者用耐高温胶粘结在一起；音圈10伸入磁场发生器中；在所述的电缆密封口5内开有螺纹，其内设有至少一橡胶垫圈，穿孔螺钉18与电缆密封口5螺合固定；密封电缆2的两根芯线通过穿孔螺钉18进入壳体13，与连接在音圈10上的两根信号线联接；振板7通过卡环3被固定于壳体的中心位置，卡环3则被螺钉4固定在壳体13上；振板6的外侧面用聚胺脂密封胶6密封。
在上述的技术方案中，磁场发生装置是一个核心部件，其功能是提供稳定的磁场，磁场发生装置包括外磁式磁场发生装置、内磁式磁场发生装置和径向磁场发生装置，以下分别叙述。
所述的外磁式磁场发生装置，包括钕铁硼环状永磁体9、上导磁板8、下导磁板14、导磁柱12组成；其中一带有中心导磁柱12的下导磁板14，以导磁柱12为中心套入一钕铁硼环状永磁体9，钕铁硼环状永磁体9的内径要比导磁柱12的直径大，上导磁板8与导磁柱12之间留有环状缝隙，其缝隙厚为1mm-2mm，其厚度既不能过大，也不能过小。若厚度过大，则会降低磁通密度，若过小，则影响音圈的运动发声。钕铁硼环状永磁体9的上方是N极，下方是S极，在钕铁硼环状永磁体9的上面粘结环形上导磁板8，上导磁板8与导磁柱12之间的缝隙大小应该使得音圈10不与它们的两壁接触，并能在此缝隙中作一维的自由运动。
所述的钕铁硼永磁体环9，上下两平面磁化，其内径范围为25mm-40mm，外径范围为40mm-60mm，厚度为6mm-20mm。
所述的内磁式磁场发生装置由一圆片状钕铁硼永磁体9、磁短路罩15、导磁环16、下导磁板14组成；其中一呈“凹”形的下导磁板14，该下导磁板14凹槽内设置一块钕铁硼永磁体9，钕铁硼永磁体9的上方是N极，下方是S极；钕铁硼永磁体9上面粘结有磁短路罩15，磁短路罩15与钕铁硼永磁体9一起插入凹槽中固定。下导磁板14周边凸出的一个圈为导磁环16，导磁环16与壳体的内侧面紧贴在一起。
所述的磁短路罩15由铜、铝等非磁性材料制成。
所述的径向磁场发生装置包括一横截面呈“Щ”字型的、由非磁性材料制成骨架17，其骨架17中心柱的外侧上开有凹槽，和骨架17外环突出部的内侧上开有凹槽，钕铁硼永磁体9为两个同心环组成，一个为钕铁硼永磁体外环9，一个为钕铁硼永磁体内环9’，它们以骨架17的中心柱圆心为轴，分别安装在骨架17的两个凹槽内；钕铁硼永磁体外环9和内环9’的外侧都是S极，内侧都是N极，且两个钕铁硼环状永磁体9和9′之间应有一定的缝隙，其缝隙的宽度为1mm-2mm，其宽度既不能太大，也不能太小。若太大，则磁通密度降低，若太小，则音圈作自由地一维运动时，易受磨擦。
在径向磁化式中，所述的钕铁硼永磁体外环9的外径为45mm-60mm，内径为40mm-45mm；钕铁硼永磁体内环9’的外径为28mm-30mm，内径为25mm-28mm，圆环的厚度同为5mm-10mm之间，它们的磁化方向不是上下平面而是径向磁化，即外圆都是S极，内圆都是N极。
在上述的技术方案中，所述的导磁柱12，上导磁板8、下导磁板14与导磁环16均由导磁材料制成，该导磁材料包括硅钢或一般的钢、铁。
在上述的技术方案中，所述的骨架17由非磁性材料制成，该非磁性材料包括铜、铝或非金属材料。
所述的振板7由铜、没有磁性的不锈钢、铝或两侧贴金属膜的蜂窝泡沫塑料制成，该振板在市场上无现成的产品，需要自行加工，振板厚度范围为0.5mm-5.0mm，直径为100mm-150mm。
所述的音圈10的外直径范围为25mm-50mm，内直径为24.5mm-49.5mm，音圈高度视壳体的大小而定，音圈导线直径为0.25mm--0.5mm，圈数为30--100，层数为1--2，线宽为6mm--12mm。
所述的音圈罩11由铜、铝等金属制成。
本实用新型的电动式体感振动发射换能器的基本工作原理根据法拉第定律，当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，其方向符合弗来明左手定则，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。因此，当音圈10在磁场的作用下，输入一个音频电信号(交变的音频电流)就获得一个交变推动力，产生交变运动，由于振板7，音圈10和音圈罩11三者用耐高温胶粘连在一起，因此音圈10的交变运动可带动振板7振动，从而反复推动水介质而发声，这就是电动式体感振动发射换能器的基本工作原理。
本实用新型的装置是应用在水中，而水是电的良导体，水的声阻抗比空气的阻抗大几个量级，因此本实用新型装置不仅要体积小，而且还要能够发射谐振频率为几百赫兹的声音。因此在设计结构和材料选取上有以下特点选用钕铁硼作永磁体，这是为减少换能器的重量和体积，因为钕铁硼永磁体的磁场强度比通常用的铁氧体永磁体高一个多数量级，即同样的磁场强度，钕铁硼的体积仅是铁氧体的十分之一，这样就有效地减少了装置的体积；设计为平板辐射，这样做消除前室效应，频带宽，每个振元的振动相位相同，音质好，有利于低频声的发射效果。
本实用新型的优点在于1.本实用新型装置要在水中使用，因此，内部器件必须与水密封隔离。为了保证本实用新型装置的水密性，本实用新型装置使用了密封电缆2和电缆密封口5使得水不会从信号线的入口处渗入装置中，本实用新型还在振板7与壳体13之间填充了聚胺脂密封胶6，使得水不会从卡环3的缝隙处漏入装置中，从而克服了已有电动式音乐体感振动发射换能器不能应用于水中的最大的缺陷。所述的密封电缆2和电缆密封口5之间靠穿孔螺钉，挤压橡胶垫圈，使橡胶垫圈膨胀，从而实现壳体内外的密封隔离。所述的填充于振板7、壳体13和音圈罩11的聚胺脂密封胶6的作用是保持上述部件之间的水密性。
2.本实用新型的装置中的磁铁采用钕铁硼永磁体，与已有发射换能器相比，在保证磁场强度相同的条件下，体积、重量仅是用铁氧体制作的发射换能器的十分之一，由此减轻了装置的重量和体积，使本实用新型所述装置适于空间小的范围内(如浴盆、浴桶和洗脚盆等)应用；3.音乐声波发射设计为平板辐射，消除前室效应，频带宽；每个振元的振动相位相同，音质好；有利于低频声的发射效果。
4.增大音圈直径，获取更多的电动力，从而增大声功率的辐射；5.由于本装置在水中使用不易散热，为了达到良好的散热性，以降低音圈因过热而被烧毁的几率。要提高散热性，本实用新型采用了增加音圈导线直径的方法，而做到降低了音圈导线的电阻，从而降低了导线克服电动势所产生的热量，更容易散热，延长了装置的使用寿命，而且可以增大声功率的辐射。
图1为电动外磁式水中音乐体感振动发射换能器图2为电动内磁式水中音乐体感振动发射换能器图3为径向磁化电动式水中音乐体感振动发射换能器图面标识1.信号线2.密封电缆 3.卡环 4.螺钉 5.电缆密封口6.密封胶7.振板 8.上导磁板 9.钕铁硼永磁体10.音圈 11.音圈罩12.导磁柱13.壳体 14.下导磁板15磁短路罩 16.导磁环17.骨架 18.穿孔螺钉具体实施方式
下面参照附图1、2、3与实施例，对本实用新型进行详细的描述。
实施例1按照图1所示制作一台外磁式电动水中音乐体感振动发射换能器，包括一用铝制作的圆筒壳体13，其壳体13的侧壁开有电缆密封口5，其一端内壁开有安装振板7的凹槽，壳体13的内底面开一凹槽，凹槽内设置有磁场发生装置，所述的磁场发生装置包括一块环状钕铁硼永磁体，带有中心导磁柱12的下导磁板14和上导磁板8。以导磁柱12为中心套入一钕铁硼环状永磁体9，钕铁硼环状永磁体9的内径为25mm，外径为40mm，上导磁板8与导磁柱12之间留有1mm--2mm的缝隙，钕铁硼环状永磁体9是在上下两平面被极化的，上方是N极，下方是S极。所留缝隙的大小应该使得音圈10能够自由进出上导磁板8与导磁柱12之间的缝隙而不被磨擦。振板7中心开孔，该孔内粘结一音圈罩11，音圈罩11内壁粘结音圈10，音圈10伸入上导磁板8与导磁柱12之间的缝隙中，振板7，音圈罩11，音圈10三者通过耐高温胶粘为一体的，该振板7安装在壳体13所开凹槽内，并由卡环3和螺钉4固定在壳体13上。在所述的电缆密封口5内有螺纹，其内最少一个橡胶垫圈，穿孔螺钉18与电缆密封口5螺合固定；一根密封电缆2通过穿孔螺钉18进入壳体13，与连接在音圈10上两根信号线联接，当螺紧穿孔螺钉，被挤压的橡胶垫使电缆孔内外隔离密封。振板7通过卡环3被固定于壳体的中心位置，卡环3则被螺钉4固定在壳体13上。振板7与卡环3之间的缝隙用聚胺脂胶6浇灌，使其与水介质绝缘密封。
本实施例中所述的音圈10的外直径范围为25mm，内直径为24.5mm，音圈高度视壳体的大小而定。
所述的振板7采用铜、铝或两侧贴金属膜的蜂窝泡沫塑料制成，其厚度为0.5mm、直径为100mm。
所述的下导磁板14直径为30mm--50mm。
所述的中心导磁柱12的直径为20mm--45mm。
所述的音圈10的导线的直径为0.25mm，圈数为30，层数为1，线宽为6mm。
所述的密封电缆2和电缆密封口5之间靠穿孔螺钉18，挤压橡胶垫圈，使橡胶垫圈膨胀，从而实现壳体内外的密封隔离。
本实施例中的磁连通方式为钕铁硼环状永磁体9的磁场由N极通过上导磁板8穿过音圈10进入导磁柱12，磁场穿过导磁柱12后再通过下导磁板14回到钕铁硼环状永磁体9的S极，从而形成一个闭合磁路。在本装置中，由于两个磁极的磁力线部分辐射到壳体之外，而不闭合，因此这种方式称为外磁式。
实施例2按图2制作一台内磁式电动式水中音乐体感振动发射换能器，该换能器的结构只是磁场发生装置与实施例1不同，其余部分同实施例1，这里不再详述。
本实施例采用的内磁式磁场发生装置由钕铁硼永磁体9、磁短路罩15、导磁环16、下导磁板14组成；其中一呈“凹”形的下导磁板14，下导磁板14凹槽内设置一块圆片状钕铁硼永磁体9，钕铁硼永磁体9的直径38mm-50mm，厚6mm-20mm，其上方是N极，下方是S极；钕铁硼永磁体9外面粘结铜、铝等非磁性材料作为磁短路罩15，磁短路罩15与钕铁硼永磁体9一起插入凹槽中实现两者的固定。沿下导磁板14的圆周有一凸出的圆坏，该圆环称为导磁环16，它们是一个整体，导磁环16与壳体13的内壁面紧贴在一起。磁短路罩15的直径正好等于钕铁硼永磁体9的外径，并小于导磁环16的内径，且两者之间应留有一定缝隙，以便插入音圈10，其宽度1mm-2mm之间，其宽度既不能太大，也不能太小，若宽度过大，则降低了磁通量密度，若宽度过小则容易阻碍音圈的自由运动。。
本实施例采用的的振板7由铜、铝或两侧贴金属膜的蜂窝泡沫塑料制成，其厚度在5.0mm，直径在150mm。
所述的下导磁板14为硅钢、一般的钢、铁等导磁材料制作，其外径为60mm-80mm，内径50mm-55mm，厚2mm-5mm。
所述的音圈10的外直径为50mm，内直径为49.5mm，音圈高度视壳体的大小而定。
所述的音圈10的导线的直径为0.5mm，圈数为100，层数为2，线宽为12mm。
本实施例中的磁连通方式为钕铁硼环状永磁体9的磁场由N极通过磁短路罩分别向四周发散，磁力线穿过音圈10进入导磁环16，通过导磁环16回到永磁体9的S极，从而形成一个闭合回路，由于磁场在导磁环内形成闭合回路，因此这种连接方式被称为内磁式。采用这种结构，与外磁式相比较而言，磁力损失少，利用效率高，而且在同样外形尺寸条件下，它的音圈直径可大于外磁结构的音圈直径，因此可以获得更大的电动力。
实施例3按图3制作径向磁化电动式水中音乐体感振动发射换能器，该换能器的结构，只是磁场发生装置与实施例1不同，其余部分同实施例1，这里不再详述。
所述的径向磁场发生装置包括一横截面呈“Щ”型的、由铜、铝、非金属等非磁性材料制成的骨架17，该“Щ”型骨架17的中心柱的外侧园周上开有凹环，和骨架17外环突出部的内侧园周也开有凹槽，钕铁硼永磁体9为两个同心环组成，一个为钕铁硼永磁体外环9，一个为钕铁硼永磁体内环9’，两个同心环分别安装在骨架17的两个凹槽内，即一个内环9’安装在该“Щ”型骨架17的中心柱的外侧开有凹槽内，一个外环9安装在该“Щ”型骨架17外环突出部的内侧凹槽内；钕铁硼永磁体外环9和内环9’的外侧都是S极，内侧都是N极，且两个钕铁硼环状永磁体9之间应有一定的缝隙，缝隙的宽度既不能太大，也不能太小。若过大，就会降低磁通密度；若过小，则会阻碍音圈的自由运动(音圈与缝隙两侧发生磨擦)，音圈10应当能在缝隙中自由地运动。
在本实施例中所述的钕铁硼永磁体外环9的外径为45mm-60mm均可，内径为40mm-45mm均可；钕铁硼永磁体内环9’的外径为28mm-30mm均可，内径为25mm-28mm均可，圆环的厚度同为5mm-10mm之间均可，它们的磁化方向不是上下平面而是径向磁化，即外圆都是S极，内圆都是N极。
所述的振板7由铝、铜或两侧贴金属膜的蜂窝泡沫塑料制成，其厚度在0.5mm-5mm，直径与壳体13内壁上所开的凹槽相吻合。
所述的音圈10的外直径范围为35mm，内直径为35.5mm，音圈高度视壳体的大小而定。
所述的音圈10的导线的直径为0.4mm，圈数为70，层数为2，线宽为8mm。
在本实施例中的磁路方式为钕铁硼永磁体9发出的磁力线从N极出发，与音圈轴线正交穿过，到达另一个环状钕铁硼永磁体9′的S极，这样做使得穿过音圈的磁通密度最大，利用率高，非线性降至最低，也使得整个换能器的体积更小，重量更轻，而且产生的电动力最大。这种方式较上述的内磁式和外磁式具有更大的优越性。
综合以上所述的磁场发生装置的三种可能实现方式，对本装置的整个工作流程进行总结密封电缆2中的信号线1，通过电缆密封口5连接到音圈10上，其中密封电缆2和电缆密封口5的作用是保证装置的水密性，在工作时，信号线1将音乐电信号传送到音圈10上。由于音圈10时刻处于磁场发生装置中的钕铁硼永磁体9所产生的磁场中，根据法拉第定律，当音圈10上有电流时，音圈10会受到电动力的作用，由于音乐电信号是一个交变电流，所以音圈10受到一个交变推动力，产生交变运动。又因为振板7，音圈10和音圈罩11三者靠耐高温胶粘连在一起，因此音圈10的交变运动，带动振板7振动，从而反复推动水介质而发声，从而实现了本实用新型的最终目的。
本实用新型装置的使用环境是浴池、浴盆、浴桶和洗脚盆容器等小范围的水中；水温摄氏40-50度；由于使用环境的局限性，其发射换能器的几何尺寸不能大；由于宫调音乐的频谱大部分处于低频段(100HZ-1000HZ)，因此本发射换能器的低频发射效果好，频带宽，耐温性能好，工作寿命长。
权利要求1.一种水中音乐体感振动发射换能器，包括壳体(13)、电缆(2)、音圈(10)、音圈罩(11)、振板(7)、信号线(1)，磁场发生装置；其特征在于还包括一个穿孔螺钉(18)，和橡胶垫圈；其中壳体(13)为圆筒形，其侧壁上开有电缆密封口(5)，和壳体(13)的内壁开有用来安放振板(7)的凹槽，壳体的内底面设置磁场发生装置；所述的振板(7)中间开有一与音圈罩(11)的尺寸大小相匹配的孔，音圈罩(11)安装在该孔内，音圈罩(11)罩在音圈(11)外，振板(7)、音圈罩(11)和音圈(10)三者用耐高温胶粘连在一起；音圈(10)伸入磁场发生器中；在所述的电缆密封口(5)内有螺纹，其内设有至少一橡胶垫圈，穿孔螺钉(18)与电缆密封口(5)螺合固定；一根密封电缆(2)通过穿孔螺钉(18)进入壳体(13)，与连接在音圈(10)上的两根信号线(1)电联接；振板(7)通过卡环(3)被固定于壳体的中心位置，卡环(3)则被螺钉(4)固定在壳体(13)上；用聚胺脂密封胶(6)浇灌于振板和卡环之间，待其固化后，使内腔与外界的水隔离密封。
2.按权利要求1所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的外磁式磁场发生装置，包括钕铁硼环状永磁体(9)、上导磁板(8)、下导磁板(14)和导磁柱(12)组成；其中一带有中心导磁柱(12)的下导磁板(14)，粘结在钕铁硼永磁体环的S极，上导磁板粘结在钕铁硼永磁体的N极，钕铁硼环状永磁体(9)粘结的上导磁板(8)的内径要比导磁柱(12)的直径大，上导磁板(8)与导磁柱(12)之间留有一定的缝隙，缝隙的大小应该使得音圈(10)能够在上导磁板(8)与导磁柱(12)之间的缝隙中自由地、不受阻碍地往复运动，其尺寸在1mm-2mm之间；所述的钕铁硼环状永磁体(9)的上方是N极，下方是S极。
3.按权利要求2所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的钕铁硼永磁体环(9)，上下两平面磁化，其内径范围为25mm-40mm，外直径范围为40mm-60mm，厚度为6mm-20mm。
4.按权利要求1所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的内磁式磁场发生装置由一圆片状钕铁硼永磁体(9)、磁短路罩(15)、导磁环(16)、下导磁板(14)组成；其中一呈“凹”形的下导磁板(14)，该下导磁板(14)凹槽内设置一块钕铁硼永磁体(9)，钕铁硼永磁体(9)的上方是N极，下方是S极；钕铁硼永磁体(9)外面覆盖有磁短路罩(15)，磁短路罩(15)与钕铁硼永磁体9一起插入凹槽中固定，下导磁板(14)周边凸出的一圈为导磁环(16)，导磁环(16)与壳体的内侧面紧贴在一起。
5.按权利要求4所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的磁短路罩(15)由铜、铝非磁性材料制成。
6.按权利要求1所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的径向磁场发生装置包括一横截面呈“III”字型的、由非磁性材料制成骨架(17)，其骨架(17)中心柱的外侧上开有凹槽，和骨架(17)外环突出部的内侧上开有凹槽，钕铁硼永磁体(9)为2个环组成，一个为钕铁硼永磁体外环(9)，一个为钕铁硼永磁体内环(9’)，它们与骨架(17)的中心柱同轴，分别安装在骨架(17)的两个凹槽内；钕铁硼永磁体外环(9)和内环(9’)的外侧都是S极，内侧都是N极，且两个钕铁硼环状永磁体(9)之间应有一定的缝隙，使得音圈(10)处于缝隙中；该缝隙宽度一般在1mm-2mm之间。
7.按权利要求6所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的钕铁硼永磁体外环(9)的外径为45mm-60mm，内径为40mm-45mm；钕铁硼永磁体内环(9’)的外径为28mm-30mm，内径为25mm-28mm，圆环的厚度同为5mm-10mm之间，它们的磁化方向不是上下平面而是径向磁化，即外圆都是S极，内圆都是N极。
8.按权利要求2或4所述的水中音乐体感振动发射换能器，其特征在于，所述的导磁柱(12)，上导磁板(8)、下导磁板(14)与导磁环(16)均由硅钢和一般的钢、铁导磁材料制成。
专利摘要本实用新型涉及一种水中音乐体感振动发射换能器，包括圆筒形壳体，其侧壁上开有电缆密封口和壳体内壁开有用来安放振板的凹槽，壳体的内底面设置磁场发生装置；一振板中间开有一与音圈罩的尺寸大小相匹配的孔，音圈罩安在该孔内，音圈罩罩在音圈外，振板、音圈罩和音圈三者用耐高温胶粘连在一起；音圈伸入磁场发生器中；在电缆密封口内有螺纹，其内设橡胶垫圈，穿孔螺钉与电缆密封口螺合固定，从而密封了电缆出口；密封电缆通过穿孔螺钉进入壳体，与连接在音圈上的信号线电联接。振板通过卡环被固定于壳体的中心位置，卡环则被螺钉固定在壳体上；用聚胺酯胶浇灌振板和卡环之间，待其固化，则实现振板与卡环的密封。
文档编号H04R1/44GK2755899SQ20042009654
公开日2006年2月1日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者孙德兴, 邵道远, 魏育林 申请人:中国科学院声学研究所, 中日友好医院