具有内部永磁体的扬声器马达的制作方法

背景技术：

1、电动式扬声器具有将电能转化为机械运动的马达。最常见的操作原理是使线圈移动，其中，电输入或驱动电流在电动式扬声器的音圈中流动。音圈悬置在具有强径向分量的永磁场中。通过音圈的驱动电流和径向磁场产生沿着音圈的轴线的所谓的洛伦兹力。音圈通常刚性地附接到电动式扬声器的隔膜或膜。因此，洛伦兹力使隔膜基于运动以向外和向内的方式移位，以产生声压。

2、隔膜上的洛伦兹力或驱动力是驱动电流i、气隙中的通量密度b和径向磁场内部的线缆的长度l的乘积。更准确地说，它是b的径向分量在音圈的线缆的长度上的积分的i倍。

3、该积分通常被指定为马达的bl乘积或力因子。在电气领域和机械领域之中，马达相应地沿两个方向转换(转化)能量。因此，马达也起到发电机的作用，使得机械运动产生电能。磁场在音圈中产生的电压(emf)与音圈和隔膜组件的速度成比例。比例因子也是力因子。电动式扬声器的实际马达具有多种明显的非线性机制，这在产生的声压中产生不希望的线性和非线性失真。

4、一个非线性失真机制是由马达的bl乘积的位置/位移相关变化使得b*l乘积随着音圈在磁隙中的位置不同而引起的。在音圈中的零驱动电流下，力因子从通常在音圈的静止位置处出现的最大值逐渐下降。该第一非线性失真机构是静态的，即仅取决于音圈的位置。

5、还存在另一个动态非线性失真机制。音圈中的驱动电流响应于电流的流动而形成其自身的磁场。由音圈产生的磁场的一部分在磁路中循环，即音圈表现为以磁路为核心的有芯电感器。由音圈电流产生的磁通量叠加在磁隙中的永久性磁通量上，使得磁隙中的磁通量以不希望的方式随着线圈电流变化，从而形成非线性失真。

6、由于力因子自身已经变得依赖于音圈电流，音圈和隔膜上的力不再与音圈电流(即驱动电流)完全成比例。这种影响取决于音圈的位置，但是非线性的存在是由于两个磁场的叠加而不是由于音圈的可移动性。根据问题的描述，力因子调制也称为位置相关电感、通量调制和磁阻力。这种力因子调制在2016年9月29日–10月3日举行的第141届会议上发表的aes论文“电动式扬声器中的力因子调制”中详细描述。

7、力因子调制导致与音圈电流平方成比例的力分量形式的二阶非线性失真：

8、

9、其中，l是主题aes论文中定义的线圈的位置相关广义电感，x是线圈位置并且i是线圈电流。

10、换句话说，二阶非线性失真与音圈电流平方和线圈电感的空间导数成比例。可变音圈电感也以另一种方式产生失真。音圈电感是音圈的电阻抗的一部分，使得当它由电压源驱动(在绝大多数情况下)，音圈电流变得以位置相关的方式取决于所施加的驱动电压。上面描述的2016aes论文中表明，力的非线性分量的方程可以推广为包括音圈电感的频率相关性。如前所述，磁路充当音圈的核心，这意味着当磁路的一部分的磁导率频率相关时，音圈电感变得频率相关。

11、频率相关磁导率的原因是涡流的引入，当音圈磁通量变化时，由于电流变化或由于线圈移动，涡流在磁路或系统的导电的所有部件或构件(诸如铁质部件)中流动。涡流流动将抵消磁通量中的变化(楞次定律)，或者说替代地，涡流充当短路线圈匝数，从而降低音圈的电感。

12、因为这些涡流在其中流动的材料的传导性是有限的，当线圈通量在一段时间内保持静态时，电流将衰减，即在直流或0hz或非常低的频率下，没有涡流来抵消电感。因此，在直流下的音圈电感仅由磁路的材料的几何形状和磁导率决定。在较高的频率下，涡流变得更加明显，以便使电感降低到低于直流下出现的电感。

13、某些现有技术电动式扬声器已经包括极片和音圈周围的所谓的短路环。这些环由导电但非磁性的材料(诸如铜或铝)制成。其目的是减小音圈电感，至少在较高的频率下减小音圈电感。由于铜或铝的电阻率比铁低，大部分涡流在短路环而不是铁中流动。出于相同的原因，涡流更大且因此更强烈地抵消音圈试图在磁路引起或形成的磁场变化。这减小了力因子调节，至少较高的频率下减小了力因子调节。另一个优点是包括降低电感，这意味着对于施加在音圈上的给定电压具有较高的灵敏度，并且减小了由铁中的磁滞引起的非线性电感。这不意味着短路环(无论如何放置)将无条件地提高线性度。由于力因子调制相当于广义音圈电感的位置相关性，在高的频率下，很有可能降低电感，同时提高电感(每毫米运动的绝对变化)的空间梯度。在低的频率下，现有技术短路环没有效果。期望产生效果的频率越低，在较低的频率下短路环的截面必须变得越大，该截面对于实际扬声器的磁路内部的可用空间的量来说太大。

14、本发明人已经意识到如果电动式扬声器的马达和磁路设计成或配置成使得音圈电感是位移/位置相关的，则由于力因子调制而产生的非线性失真以及由于音圈电流调制而产生的非线性失真均被消除。因此，用于电动式扬声器的理想马达呈现出恒定的音圈电感，即音圈电感不随音圈的位移而变化并因此是位置相关的。

15、因此，本发明的一个目的或目标是提供一种这样的电动式扬声器马达，与现有技术扬声器马达相比，该电动式扬声器马达基本上消除音圈电感的有害位移相关性或至少显著降低音圈电感的位移/位置相关性。出于以上原因，这种降低将提高马达的线性度，从而降低结合本扬声器马达的相应的电动式扬声器的多种类型的非线性失真。因此，例如通过减小谐波和互调失真来提高对应的电动式扬声器的客观性能以及对应的电动式扬声器的主观音质。

技术实现思路

1、本发明的第一方面涉及一种用于电动式扬声器的马达，该马达包括围绕马达轴线布置的磁路组件。该磁路组件包括：可导磁顶板；可导磁底板；可导磁构件，布置在可导磁底板和可导磁顶板之间并磁性地联接到可导磁底板和可导磁顶板；中央极片；以及气隙，用于容纳音圈；其中，气隙通过可导磁顶板的内侧轴向延伸壁形成，所述内侧轴向延伸壁面向中央极片的轴向延伸周缘壁区段以限定气隙的宽度、底部、顶部和高度。该马达还包括向外伸出可导磁构件或帽状部，其布置在气隙的顶部上方。该中央极片包括至少从气隙的底部轴向延伸到可导磁底部构件或可导磁底板的永磁体，该永磁体诸如为钕磁体或铁氧体磁体。本领域技术人员应理解，可导磁构件和可导磁底板在一些实施方式中可以形成为机械地结合在一起的单独的部件，或者替代地形成为单个一体形成的元件或部件。后一实施方式使得马达的组装时间减少并因此降低成本。

2、该马达的一个明显的优点是可导磁构件的材料布置在中央极片外。与图1的现有技术马达中描述的将可导磁构件的材料布置在音圈内相比，这种布置减小音圈相对于相应的空气音圈的电感增加。该马达的另一个优点是与用对应的铁氧体构件替换可导磁构件的对应的马达相比，外直径减小。

3、在本说明书中，磁性构件(诸如中央极片的永磁体)的术语“交流磁导率”是指在零音圈电流下，通量密度b与磁场强度h的曲线/关系的切线的斜率。术语“相对交流磁导率”μr是指用真空磁导率μ0的倍数表示的“交流磁导率”。切线可以视为磁性构件的直流操作点周围的线性化小信号模型或交流模型。切线的斜率是磁性构件的小信号模型的磁导率，即磁性构件的“交流磁导率”。在大磁场强度(例如大于1.5特斯拉)下，该bh曲线变得更平坦，这意味着交流磁导率随着磁性构件的材料饱和而降低。永磁体本质上是高度磁饱和的并因此通常具有比空气大不太多的交流磁导率。可以形成该马达的永磁体的钕磁体可以呈现出低于1.5或低于1.1的相对交流磁导率。因此，中央极片的永磁体可以呈现出低于2或1.5或者甚至低于1.1的相对交流磁导率。

4、因此，中央极片的与向外伸出可导磁构件组合的永磁体的小交流磁导率通过显著减小音圈电感在音圈向内移位时的增加量来提供协同效应，并且此外通过将向外伸出可导磁构件布置在气隙的顶部上方来补偿少量残留音圈电感增加。这种几何形状确保音圈电感也在音圈向外移位时以与在音圈向内移位时的电感增加几乎相同的比例增加，因此使得音圈的电感的位移相关变化非常小，如下面结合所附附图进一步详细讨论的。

5、向外伸出可导磁构件可以大体上布置在由中央极片的轴向延伸周缘壁区段限定的向外伸出平面或表面的内侧或外侧，如下面结合所附附图进一步详细讨论的，例如结合图2、图4和图8的马达实施方式。

6、在马达的一个实施方式中，中央极片包括可导磁顶部构件，该可导磁顶部构件从气隙的底部轴向延伸到气隙的顶部，从而形成或限定中央极片的轴向延伸周缘壁区段。向外伸出可导磁构件或可导磁帽状部可以布置在可导磁顶部构件的顶部上并且或者与可导磁顶部构件的上表面一体地形成或者设置为结合或邻接到可导磁顶部构件的上表面的单独的元件，如下面结合所附附图进一步详细讨论的。可导磁顶部构件和/或向外伸出可导磁构件可以包括或由例如铁磁材料(诸如aisi cr1010钢)的高导磁率材料或各向同性的、高电阻的软磁复合(smc)材料制成，如下面结合所附附图进一步详细讨论的。同样，可导磁构件可以包括或由例如铁磁材料(诸如aisi cr1010钢)的高导磁率材料或各向同性的、高电阻的软磁复合(smc)材料制成。

7、根据马达的另一实施方式，向外伸出可导磁构件的高度超过可导磁顶板的高度，例如为可导磁顶板的高度的1.5倍。

8、根据马达的另一实施方式，中央极片的磁性构件的高度大于音圈的高度与气隙的高度之间的差。

9、本发明的附加实施方式在所附的从属权利要求中进行阐述。

10、本发明的第二方面涉及一种对应的电动式扬声器，即结合马达的电动式扬声器，并且该电动式扬声器包括：

11、-框架，

12、-根据以上所述的马达的多个实施方式中的任一个实施方式和/或根据下面结合所附附图描述的马达的多个实施方式中的任一个实施方式的马达。电动式扬声器还包括附接到音圈的可移位隔膜或膜，其中所述音圈布置在马达的气隙中，例如自由地悬置在气隙中。

13、电动式扬声器的磁路组件优选地配置成使得在31hz下测量时，在由向外位移限制和向内位移限制限定的预定的位移范围内，音圈的电感的变化小于10％，诸如小于7.5％，或者甚至小于5％；其中，所述位移范围对应于音圈的高度和气隙的高度之差的0.5倍。本领域技术人员应理解，向外位移限制和向内位移限制可以围绕音圈的静止位置或中立位置对称。电动式扬声器的磁路组件优选地配置成使得在从1hz、100hz、316hz、1khz和3.16khz构成的组选择的一个或多个附加测试频率下，在预定的位移范围内，音圈的电感的变化落入相同的比例限制内。