压电发声装置及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及扬声器领域，尤其涉及一种用于车辆的压电发声装置及包含其的车辆。


背景技术：

2.压电发声装置，尤其是薄片振子发声器由于其轻薄的体积、较低的工作功耗，是近年来新兴的扬声技术。尤其在智能移动终端和oled电视机上，应用较为广泛。
3.目前在车载领域，压电发声技术仅仅应用在用以车辆报警的蜂鸣器上，还未有将压电发声装置应用在车辆上，当作车载扬声器的应用。
4.不同于在智能移动终端或电视机上的应用，车载扬声器在车辆上的安装位置多样化，并且对声学性能也有要求(例如音量足够大、高低音频均要有)。由于车辆不同部位的材质、环境(干湿区)等不同，为了适应这些不同的位置对安装结构提出了要求。
5.因此，需要提供一种能够应用于车辆的压电发声装置，能够具有足够的音量、能够方便地调节发声性能，扩展压电发声装置的应用场景。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.本实用新型的一个目的在于提供一种压电发声装置，其优势在于，能够通过第一连接件连接基板与扩音装置以提供具有足够音量的发声性能。
8.本实用新型的另一个目的在于提供一种压电发声装置，其优势在于，能够基于所述第一连接件与压电片之间的相对位置设置而方便地调节发声性能。
9.本实用新型的另一个目的在于提供一种压电发声装置及车辆，其优势在于，能够通过所述第一连接件方便地安装于车辆上，尤其可以将构成车辆的车体的一部分当作压电发声装置中的扩音装置，从而能够带动车辆发声。
10.本实用新型的另一个目的在于提供一种压电发声装置及车辆，其优势在于，能够提供具有防水性能良好的压电发声装置，从而能够适应各种复杂的室外环境，能够将压电发声装置设置在车辆的湿区，进一步拓展压电发声装置在车载领域的应用场景。
11.本实用新型的另一个目的在于提供一种压电发声装置及车辆，其优势在于，能够提供一种具有保护盖的压电发声装置，从而能够避免在车辆行驶途中的各种颠簸、飞石对压电发声装置造成损伤。
12.本实用新型的另一个目的在于提供一种车辆，其优势在于，在所述车辆的不同位置安装有所述压电发声装置而形成组合音箱，从而提供立体环绕声效。
13.本实用新型的优势和特点可通过下面的详细说明得以充分体现并可通过所附的
示意性实施例得以实现。
14.本实用新型的一方面提供了一种压电发声装置，包括压电发声组件、扩音装置和第一连接件；所述压电发声组件包括基板和分别设置在所述基板正、反两面的压电片，所述压电片在外加电场的作用下在所述基板所在的水平面内伸长形变或收缩形变，以产生垂直于所述水平面的振动；位于正面的所述压电片的两侧的所述基板上设置有所述第一连接件，所述第一连接件沿所述压电片的形变方向设置，所述第一连接件连接所述扩音装置与所述基板，所述第一连接件使所述扩音装置与所述压电片之间存在第一间隙，所述第一连接件将所述压电片产生的振动传递至所述扩音装置，所述压电发声装置的发声性能关联于所述第一连接件沿所述形变方向上与所述压电片之间的间距。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述扩音装置是构成车辆的车体的一部分，或者，所述扩音装置附着于车辆的车体。
16.根据本实用新型的一个实施例，所述基板为绝缘基板，所述压电片未与所述绝缘基板接触的外表面具有金属电极层，所述金属电极层上焊接有用以连接所述压电发声装置的驱动电路的第二连接件。进一步的，焊接所述第二连接件形成的焊点的表面具有包覆所述焊点的防水结构。
17.根据本实用新型的一个实施例，所述基板的反面连接有包覆所述基板的保护盖，所述保护盖开口端的端面不低于所述基板的反面且不高于所述第一连接件连接所述扩音装置的连接面，所述保护盖的顶盖的内表面与位于反面的所述压电片之间具有第二间隙，所述第二间隙不小于所述第一间隙，所述顶盖上设有多个通孔。
18.本实用新型的另一方面还提供了一种车辆，包括多个如本实用新型中任意一项实施例所提供的压电发声装置，多个所述压电发声装置分别通过其扩音装置安装在所述车辆多个区域。
附图说明
19.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
20.图1示出了本实用新型的一方面所提供的压电发声装置的侧视图。
21.图2示出了俯视视角下，本实用新型所提供的压电发声装置一实施例中的基板正面的结构。
22.图3示出了俯视视角下，本实用新型所提供的压电发声装置另一实施例中的基板正面的结构。
23.图4a示出了俯视视角下，本实用新型所提供的压电发声装置另一实施例中的基板正面的结构。
24.图4b从侧视视角下放大示意了图4a中位于正面的第二连接件与基板的相关结构。
25.图5a示出了本实用新型所提供的带有保护盖的压电发声装置的侧视图。
26.图5b从底视视角示意了图5a中的保护盖的相关结构。
27.图6示出了本实用新型的另一方面所提供的车辆的结构示意图。
28.附图标记
29.100
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压电发声装置
30.110
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基板
31.121、122
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压电片
32.130
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金属电极层
33.140
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阻焊层
34.200
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扩音装置
35.300
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第一连接件
36.400
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第二连接件
37.410
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焊点
38.500
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防水结构
39.600
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第三连接件
40.700
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保护盖
41.710
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顶盖
42.711
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通孔
43.800
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车辆
44.a
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第一间隙
45.b
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间距
46.c
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第二间隙
具体实施方式
47.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
48.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本实用新型并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本实用新型并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
49.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本实用新型的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本实用新型的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本实用新型。
50.请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
51.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不
能理解为指示或暗示相对重要性。
52.注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合地组成又一实施例。
53.如上文所描述的，为了能够将压电发声技术应用到车辆上，需要提供一种具有足够音量、发声性能方便可调的压电发声装置，请结合图1-5b来理解本实用新型所提供的压电发声装置。
54.首先请参考图1，本实用新型所提供的压电发声装置包括压电发声组件、扩音装置200和第一连接件300。上述的压电发声组件包括基板110和分别设置在基板110正面的压电片121和设置在基板110反面的压电片122。上述的正面是指基板110面向扩音装置200的一面。
55.上述实施例中的压电片121、122选用压电材料。压电材料又分为无机压电材料、有机压电材料和压电复合材料。其中，无机压电材料又分为压电晶体和压电陶瓷。压电晶体一般是指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。如水晶(石英晶体)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体，如：钛酸钡bt、锆钛酸铅pzt、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂pbln、改性钛酸铅pt等。
56.有机压电材料又称压电聚合物，如聚偏氟乙烯(pvdf)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速。复合压电材料是无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能。
57.可以理解的是，压电材料具有压电效应，尤其是逆压电效应，指的是，在压电片上加以电压，压电片能够产生机械形变。具体的，如果在压电片上加一个与极化方向相同的电场，电场的作用使极化强度增大。这时，压电片内的正、负束缚电荷之间的距离也增大，即压电片沿极化方向产生伸长形变。同理，如果外加电场的方向与极化方向相反，则压电片沿极化方向产生收缩形变。
58.在本实用新型中，压电片121在外加与极化方向相同的电场的作用下，在基板所在水平面(图2中的xy平面)内产生伸长形变，同时压电片122在外加与极化方向相反的电场的作用下，在基板所在水平面(图2中的xy平面)内产生收缩形变，从而压电片121、122的伸缩形变带动基板产生垂直于水平面(xy平面)的振动，即z方向上的振动。
59.可以理解的是，通过调整压电片121、122的极化方向以及调整压电片121、122上所施加的外加电场，可以使上述的压电片121、122被设置为在外加电场的作用下产生的形变相反，从而有效地叠加带动基板产生的形变，增强z方向的振动。
60.进一步的，为了扩大振动，产生足够音量的声音，将压电发声组件与扩音装置200通过第一连接件300相连，从而能够将压电片带动基板产生的振动传递给扩音装置200，通过扩音装置200的振动产生足够音量的声音。
61.请参考图1，为了保证压电片121、122带动基板110在z轴上的振动不被扩音装置200所影响，同时，扩音装置200被第一连接件300带动后在z轴上的振动不会反过来影响压电片121带动基板110在z轴上的振动，需要使扩音装置200与压电片121之间具有足够的振动空间，因此，第一连接件300需要在压电片121与扩音装置200之间形成第一间隙a。也就是说，第一间隙a需要使得压电片121带动基板110在z轴上的振动与扩音装置200在z轴上的振动相互不影响。
62.第一间隙a的大小关联于第一连接件300的厚度(z方向上的尺寸)，第一连接件300的厚度大于压电片121、122带动基板110的振动的幅度最大值，进一步的，第一连接件300的厚度大于扩音装置200在z轴方向振动的幅度最大值，从而使得扩音装置200的振动和压电片121带动基板的振动不会相互影响。
63.进一步的，为了尽可能多地传递振动，需要将第一连接件300沿压电片的形变方向设置。请结合图2、3来理解。如上文所描述的压电片的压电材料具有压电效应，而压电材料的形变方向是压电材料的固有属性，关联于压电材料的极性方向。如图2、3所示出的，若压电材料的极性方向为x方向，则压电片是在x方向上伸长或收缩，为了将在x方向上的伸长护收缩所产生的振动传递给扩音装置，需要在x方向上设置第一连接件300，也就是说图2中，将第一连接件300设置在压电片121的左右两侧。
64.第一连接件300沿形变方向(x)上与压电片之间的间距b影响着压电发声装置最终的发声性能。具体的，发声性能关联于第一连接件300传递振动的灵敏度，而灵敏度与间距b的大小成反比，也就是说，间距b越大，振动的灵敏度越差。这是由于，在图2中基板110左右两端的振动是由压电片121、122所在的中间区域传递出来的，间距b越大，振动向两端传递的路径越长，振动损失越大(振幅逐渐变小)，甚至在间距b过大后，由于压电片121形变产生的机械能已经无法传递到第一连接件300，也就无法有效扩音。因此，间距b的最大值需要设定为使第一连接件300能够有效传递基板110的z轴振动至扩音装置200。
65.在间距b能够使第一连接件300有效传递振动的有效范围内，间距b越大，意味着第一连接件300在扩音装置200上的间距越大，能够带动扩音装置200振动的区域越大，扩音装置200的振动较为充分，由扩音装置200的振动产生的声音的低频性能越好。
66.在压电片和基板均为矩形的实施例中，间距b的最小值可以是0，即如图3所示出的，连接件300在x方向上紧贴压电片121设置。但由于扩音装置200本身具有一定的刚性系数，如果间距b较小，使得第一连接件300在扩音装置200上的间距较小，能够带动扩音装置200振动的区域占扩音装置200的面积的一小部分，则意味着，即使第一连接件300传递的基板110的振幅比较大，扩音装置200仍无法充分地被第一连接件300带动，所产生的声音较紧，低频性能较差。
67.因此，需要将间距b设置在合适范围内，合适范围指向能够将振动有效、完整地传递至扩音装置的间距范围，合适范围的间距最大值关联于压电片的面积，压电片的面积越大，可产生的机械能越大，第一连接件300距离压电片121的间距最大值越大。反之，压电片的面积越小，可产生的机械能越小，第一连接件300距离压电片121的间距最大值越小。
68.第一连接件沿压电片形变方向上与压电片之间的间距的不同，影响第一连接件300能够传递的基板110的振幅大小，并且影响着第一连接件300能够带动扩音装置200振动的能力，从而能够影响压电发声装置的发声性能。
69.上述的第一连接件300一方面需要起到将压电发声组件的基板110固定至扩音装置200的作用，另一方面还需要具备能够将压电发声组件产生的振动传递给扩音装置的能力。
70.为了尽可能降低振动传递路径，减少传递过程中的振动损失，第一连接件300直接连接压电发声组件的基板110和扩音装置200。第一连接件300可以基于粘接、铆接、焊接、卡接等各种现有或将有的连接方式将基板110固定至扩音装置200。第一连接件300是上述连接方式的连接部，例如粘接中的胶水(为了保证厚度，可以选用海绵胶，硅胶)、铆接中的铆或卡扣结构、焊接中的焊点等。进一步的，为了减少振动传输损失，同时也为了避免卡扣件的配合在振动过程中会产生噪声，当使用卡扣结构进行连接时，可以在卡扣结构的配合部位设置缓冲结构。卡扣结构，可以是分别设置在基板和扩音装置上的相互配合从而起到固定作用的结构，亦可以在基板或扩音装置上具有对应的安装部位的情况下，指向仅设置在扩音装置或基板上的卡子(榫头)。
71.上述的扩音装置200包括扩音板或扩音腔。可以理解的是，上述对于扩音装置200的形状的具体举例不应不当地限制扩音装置。扩音板通过加大振动面积来实现扩音。扩音腔指的是带有空腔的壳体结构，由压电发声装置产生的振动进入扩音腔，在扩音腔内碰撞叠加，从而实现扩音。
72.为了保证扩音效果，扩音板或扩音腔与第一连接件接触的表面的面积大于压电片的面积，从而能够有效地增大振动面积，增大由此产生的声音。
73.在上述的实施例中，不同的扩音装置的材质在振动特性上会有所不同，最终所产生的声音效果也会有所不同。在一优选的实施例中，选择金属、塑料、木材质等为扩音装置的材质。具体的，上述的金属包括但不限于纯金属、合金。上述的塑料指向现有或将有的高分子聚合物，包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)，上述的木材质可以是实木材质，亦可以是合成的包含木纤维的板材，例如木塑板、木质人造板、实木颗粒压缩板、密度纤维板。通过调整压电发声组件所连接的扩音装置的材质，亦可以调整压电发声装置的发声性能。
74.在应用于车辆的过程中，扩音装置可以是构成车辆的车体的一部分，车体由板材(包括外壳板、内饰板)和附着在板材上的车身组件构成。板材可以包括车辆的外壳、底盘，可以是车辆的前、后保险杠区域的外围板，可以是车门的外壳板或内饰板，可以是车顶的外壳板或内饰板。车身组件可以是仪表台、座椅等，从而能够直接带动车辆发声，可替代传统的车载扬声器。尤其，当扩音装置为车辆的外壳板时，压电发声装置能够带动车辆向外发声，从而使车辆具有与外部人员进行语音交互的能力，使车辆能够在宽敞环境中被用作大型的可移动的扬声器，能够拓展车辆的使用场景。
75.进一步的，由于本实用新型所提供的压电发声装置的发声性能方便可调，可以在车辆的不同位置设置不同发声性能的压电发声装置作为车载扬声器，能够方便地形成立体环绕声，提升声音品质。
76.在另一实施例中，请参考图4a、4b，基板为绝缘基板，压电片未与绝缘基板接触的外表面具有金属电极层，金属电极层上焊接有用以连接压电发声装置的驱动电路的第二连接件400。上述的金属电极层包括金属银离子层。
77.可以理解的是，压电片产生形变需要外加电场，因此，需要连接驱动电路。进一步
的，为了降低压电发声装置核心部件(压电发声组件)的体积，可以将驱动电路与压电发声组件分离。以压电发声装置安装在车辆上为例，体积较小的压电发声组件和扩音装置可以设置在需要发声的部位，各压电发声组件的驱动电路可以集成在车辆的控制单元(ecu)中，或者可以设置在车辆的各空余角落中，通过导线可以使驱动电路向压电发声组件施加外加电场。因此，需要在压电发声组件的电极上设置引线，在该实施例中，可以认为第二连接件为引线。需要注意的是，应当从最广义的角度去理解上述的引线，上述的引线可以是传统的线状，亦可以是具有电连接能力的连接片等。
78.在上述实施例的另一方面，金属电极层除焊接第二连接件形成的焊点以外的表面具有阻焊层，以保护金属电极层。在金属电极层130为金属银离子层的实施例中，虽然金属银离子层的性质稳定，不易氧化，已经能够单独设置在潮湿环境中，但阻焊层的存在能够对金属电极层起到进一步防水、防氧化、防刮蹭、防焊接短接的作用。
79.在上述实施例的另一方面，焊接第二连接件形成的焊点的表面具有包覆焊点的防水结构，从而保护焊点，起到防水作用，使压电发声装置能够适应潮湿环境。
80.请结合图4b来理解上述的金属电极板、阻焊层、焊点、防水结构。图4b示出了位于正面的第二连接件与基板的相关结构。从图4b中可以看出，压电片121未与绝缘基板110接触的一面，即压电片121的上表面形成有金属电极层130。金属电极层130上焊接有连接第二连接件400的焊点410。在金属电极层130除焊点410以外的表面具有阻焊层140，以保护金属电极层130。在焊点410上形成有包覆焊点410的防水结构500，能够对焊点410形成保护，并起到防水作用。防水结构500可以是防水胶。
81.本实用新型还提供了一种带有保护盖的压电发声装置，请参考图5a和图5b来理解上述的保护盖700。保护盖700设置在基板110的反面，保护盖700由顶盖710以及环绕四周的侧盖构成。保护盖700具有开口端，开口端的端面不低于基板110的反面，从而能够包覆基板700。保护盖开口端的端面不高于第一连接件300连接扩音装置200的连接面，即不与扩音装置200的连接面接触，从而不会影响压电发声组件与扩音装置200之间的连接，且留有缝隙给空气流通。保护盖700至少覆盖了基板的反面，因此，能够保护位于反面的压电片122。
82.保护盖700通过第三连接件600与基板110相连接，第三连接件600可以采用现有或将有的连接方式，包括但不限于粘接、铆接、卡扣连接等，第三连接件600具有一定厚度，从而使得保护盖700的顶盖710的内表面与位于反面的压电片122之间具有第二间隙c。在一些实施例中，第三连接件600可以和第一连接件300通用，从而能够减少不同零部件的数量。
83.第二间隙c需要至少大于压电片振动的最大振幅，从而不影响压电片的振动。在一些实施例中，顶盖710是平板结构，第二间隙c由第三连接件600的厚度来决定。在第一连接件300和第三连接件600通用的情况下，第二间隙c等于第一间隙a。
84.在如图5a所示出的实施例中，顶盖710的中间部分向外凸出，从而在第三连接件600的厚度的基础上进一步扩大了第二间隙c。在第一连接件300和第三连接件600通用的情况下，第二间隙c大于第一间隙a，从而能够保证位于反面的压电片122与顶盖710之间具有足够的间隙。
85.进一步的，请结合图5b，从图5b中可以看出，保护盖700的顶盖710上设置有多个通孔711。通孔711用于排气，从而便于压电片121、122在z轴方向上的振动。
86.至此，已经描述了本实用新型所提供的压电发声装置。本实用新型所提供的压电
发声装置结构精简，通过多层压电片设计增强了振动，通过扩音装置进一步扩大振动，从而提供了具有足够音量的发声装置。在压电发声组件与扩音装置的连接部分，通过设计第一连接件与压电片在压电片极化方向上的间隙来调节压电发声装置的发声性能，能够提供满足不同发声性能需求的发声装置。
87.进一步的，本实用新型的另一方面还提供了一种车辆，请参考图6，本实用新型所提供的车辆800包含多个上文所描述的压电发声装置100，多个压电发声装置100分别通过其扩音装置安装在车辆800多个区域。例如车辆800的车头(前保险杠区域)、车尾(后保险杠区域)、车门(外壳板或内饰板)、仪表台、座椅、车顶、车底盘、扶手箱等。
88.在一方面，压电发声装置100可以通过扩音装置连接到车辆800的各板材或组件上。另一方面压电发声装置100的扩音装置可以直接是构成车辆800的各种板材，从而直接带动车辆(的板材)发声。当压电发声装置100设置在车辆的外壳板时(包括车门的外壳板、车头和/或车尾保险杠区域的外围板等)，能够通过这些外壳板向车辆外部发声，从而使车辆具备与外部进行交互的能力。
89.在另一些实施例中，当压电发声装置100设置在车辆的内饰板(包括车门、仪表台的内饰板等)或座椅时，压电发声装置能够向车内发声，可以替代传统的车载扬声器使用。
90.由于本实用新型所提供的压电发声装置能够通过调整连接件的位置方便地调整发声装置的发声性能，当车辆上设置有多个压电发声装置的情况下，可以通过调整各个压电发声装置的发声性能以在车辆上形成组合式扬声器，从而能够为用户提供立体环绕声场。
91.提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本实用新型的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本实用新型的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本实用新型的保护范围之内。