專利名稱：動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器或馬達(dá)，尤其但不排他地，關(guān)于分布模式板揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)器，這種揚(yáng)聲器例如為本發(fā)明申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)WO97/09842中公開的那種。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)動(dòng)圈揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，線圈繞組的電感減少了可用來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器膜片的有效力量。這是因?yàn)榕c直流電阻串連的電感增加了高頻率的阻抗。
KOYBASHI的1988年11月8目的美國(guó)專利4,783,824，關(guān)于利用一個(gè)第二磁鐵來(lái)增加音圈組件的有效輸出。通過(guò)加入第二磁鐵來(lái)提供磁性屏蔽。縫隙間的距離設(shè)定成“不會(huì)彼此相互影響”。這種配置降低了在低頻時(shí)的大阻抗峰值；然而該文獻(xiàn)提供的資料建議在高頻時(shí)(＞1kHz)高電感的特性為，頻率越高，阻抗越大。
在1998舉辦的AES會(huì)議中一篇Douglas Button及Mark Gander寫的關(guān)于揚(yáng)聲器的、名稱為“The Dual Coil Loudspaker”的論文中，討論了更多的現(xiàn)有技術(shù)。大部分的現(xiàn)有技術(shù)涉及的都是線圈間隔大約為25mm的裝置，這些裝置具有微弱的互感，有效的電感耦合則經(jīng)由磁極系統(tǒng)做到。
較早期的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，磁性系統(tǒng)不在飽和狀態(tài)下工作，這樣的話，如果被磁極中的渦流損耗減弱了耦合，則要提供一些鐵磁耦合?，F(xiàn)代的磁鐵系統(tǒng)通常在飽和狀態(tài)下工作，這時(shí)，磁極不再給線圈提供任何顯著的耦合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善用于揚(yáng)聲器的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的性能。
根據(jù)本發(fā)明，一種動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，包括一音圈線圈架，在線圈架上的沿軸向相互間隔開的至少一對(duì)線圈，每對(duì)線圈中的一個(gè)線圈與另一個(gè)線圈反向纏繞，這對(duì)線圈間隔開一預(yù)定的距離，使該對(duì)線圈的組合電感與哪些在空間上分隔開的線圈相比，降低至少5％，在具體實(shí)例中，降低了至少25％或甚至40％，一永久磁鐵系統(tǒng)，具有相鄰于各線圈設(shè)置的極性相反的磁極部分。
間隔，也就是每對(duì)線圈相互面對(duì)的各端間的軸向縫隙，可以充分地小到可以在兩個(gè)線圈之間直接進(jìn)行耦合以提供互感，而不用通過(guò)磁極部分間接地進(jìn)行耦合。通過(guò)沿著與第一線圈方向相反的方向纏繞第二線圈，線圈的某些組合(總的)電感可以被消除。因此，線圈的反相連接可達(dá)成所希望的系統(tǒng)整體電感降低。
有益的是，線圈間隔可以基本上等于或小于線圈的直徑(寬度)。特別有益的是，線圈間隔小于2mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，線圈的這種緊密間隔可導(dǎo)致有效線圈電感的有用的降低。
線圈的緊密間隔可能需要線圈的軸運(yùn)動(dòng)限制在與線圈長(zhǎng)度相比很小的范圍內(nèi)，因此，一個(gè)線圈不會(huì)接近另外線圈要使用的磁極部分。如果線圈要接近另外的磁極部分，則會(huì)產(chǎn)生與所要求的方向相反的力，這將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性響應(yīng)。本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，用來(lái)激勵(lì)板中彎曲波的驅(qū)動(dòng)器不管怎樣都會(huì)受到這樣的限制。音圈在板上的固定能夠沿軸向保持音圈，向板施加彎曲波所需的運(yùn)動(dòng)，比使傳統(tǒng)活塞式揚(yáng)聲器運(yùn)動(dòng)所需要的運(yùn)動(dòng)，要小得多。因此，在這種彎曲波換能器重可以實(shí)現(xiàn)比到目前為止所可能的更緊密線圈分隔以及因而組合電感的更大降低。
如果希望的話，每一線圈中可以只纏繞單一層的線，來(lái)降低線圈在其中移動(dòng)的氣隙的寬度。
在線圈架上可以設(shè)置一對(duì)以上的相向配置的線圈，每一個(gè)都和一個(gè)磁鐵或多個(gè)磁鐵的相應(yīng)磁極部分相關(guān)聯(lián)。磁極部分的極性最好是由相關(guān)線圈的纏繞方向決定。磁鐵系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)非磁性的分隔件。
磁極部分的直徑可以不大于磁鐵本身以降低不希望的磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)。磁鐵系統(tǒng)可以有磁飽和的磁極部分。
線圈的間隔可以小于每一線圈軸向長(zhǎng)度的兩倍，最好小于1.4倍。


在附圖中，以舉例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖解說(shuō)明。其中，圖1a為N匝的線圈；圖1b為圖1a的線圈分成兩個(gè)N/2匝的線圈；圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的局部剖視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的局部剖視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1a中線圈10的導(dǎo)線11有100匝，并具有下面的參數(shù)N＝100，長(zhǎng)度3mm，內(nèi)半徑12.8mm及外半徑14mm。利用Welsby公式(參閱下面)，可以算出電感L的值為0.439mH。計(jì)算電感的另一種方法為利用有限元分析來(lái)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行建模。有限元模型給此電感的值為0.4601mH。
每個(gè)線圈的電感(L)可以用Welsby公式加以計(jì)算L=Kμ0N2Al]]>K=ll+0.9rl+0.32tl+0.84tl]]>μ0＝4π·10-7H/mr=12(r1+r2)]]>t＝r2-r1A＝π·r2其中，N為線圈的匝數(shù)1為線圈長(zhǎng)度r1為線圈內(nèi)半徑r2為線圈外半徑圖1b中，圖1a的線圈已經(jīng)被分割成五十匝導(dǎo)線11的兩個(gè)線圈12、14。假設(shè)兩個(gè)線圈相離足夠遠(yuǎn)以防止耦合，那么，整個(gè)系統(tǒng)的電感值等于單個(gè)線圈電感的和，就是L＝2*0.11mH＝0.22mH。
如果線圈設(shè)定分開4mm，那么，可以預(yù)期某些相互耦合。有限元模型預(yù)測(cè)本系統(tǒng)的電感值為0.349mH。如果現(xiàn)在第二線圈中反向，例如，通過(guò)將線圈的纏繞反向，第二線圈的電感值可以顯著地抵消第一線圈的電感值。此模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)的電感值為0.1202mH，其大約是未分割線圈電感值的四分之一。
線圈電感值在高頻時(shí)變得很大。例如，在10kHz，利用有限元模型以及在先前例子中的相同參數(shù)，單一線圈的電感值以及二個(gè)帶有耦合的半線圈為0.694mH及0.573mH。當(dāng)電流在兩個(gè)一半線圈之一中反向時(shí)，系統(tǒng)的整體電感值為0.159mH。可以再次看到，此系統(tǒng)的電感值降到大約四分之一。
本系統(tǒng)中可以加入鋼成份，例如，如果線圈要做為如圖2到4的電磁力致動(dòng)器。鋼成份的出現(xiàn)可能使得電感值上升，但預(yù)期的電感值降低與無(wú)鋼成份的系統(tǒng)有類似的比例。
圖2顯示一動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其包括一音圈線圈架16、線圈架16上兩個(gè)沿軸向互相間隔的線圈18、20以及永久磁鐵組件22。其中一個(gè)線圈18與另一個(gè)線圈20的纏繞方向相反。符號(hào)“●”及“×”表示各個(gè)線圈中電流環(huán)繞線圈軸流動(dòng)的不同方向。如圖1b所示，線圈于端子15間串連連結(jié)在一起，以此方式，流過(guò)線圈的電流以相反的方向繞著線圈流動(dòng)。線圈架粘在可以支承共振彎曲波模式的板38上。
因?yàn)榫€圈18及20以相反方向纏繞，作用于每一段動(dòng)圈組件的磁場(chǎng)必須反向。這是利用單一磁鐵22驅(qū)動(dòng)兩個(gè)徑向氣隙24、26來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)氣隙24經(jīng)過(guò)頂板或磁極部分28距離北極面形成，而第二個(gè)氣隙26經(jīng)由底板或磁極部分30距離南極面形成。頂板或磁極部分28和底板或磁極部分30屬于盤狀磁鐵32，該磁鐵在其整個(gè)厚度上被磁化。這兩個(gè)徑向氣隙共用一個(gè)完成磁路的共同外套筒34。磁力線的線顯示為粗體箭頭。非磁性的外殼36保持外套筒與磁組件22以及兩個(gè)磁極部分28、30同心。
此線圈可以設(shè)置成很小的軸向間隔，因?yàn)橐羧︱?qū)動(dòng)板中的共振彎曲波的波動(dòng)不大，也就是，不會(huì)有大振幅的振蕩。這樣的緊密間隔在要驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)活塞式揚(yáng)聲器膜片的現(xiàn)有技術(shù)線圈中是不可能的。這樣的線圈必須有足夠的間隔，使線圈的顯著移動(dòng)不會(huì)造成一對(duì)中的一個(gè)線圈進(jìn)到要驅(qū)動(dòng)此對(duì)中另外一個(gè)線圈的磁極部分的區(qū)域內(nèi)。因此，使用這種技術(shù)不會(huì)使電感值大量降低。
雖然兩個(gè)氣隙24、26為串連的，但是，每一個(gè)氣隙都可減小所用線圈導(dǎo)線的厚度，因?yàn)榭梢灾挥脝我粚拥膶?dǎo)線15。當(dāng)然，如果磁場(chǎng)有足夠的強(qiáng)度，也可以使用更多的層。
磁鐵、板及套筒材料為那些通常用于動(dòng)圈揚(yáng)聲器的磁鐵系統(tǒng)中的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定實(shí)現(xiàn)最佳磁鐵性能所需的正確尺寸以及間隙，但是在此提供的布局將產(chǎn)生低值的總線圈電感值。
可以從圖示中看到，線圈18、20的間隔相當(dāng)緊密。例如，可以想像到，實(shí)施本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器也可以設(shè)置在一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的整體高度大約6mm、線圈18、20間隔為2mm或更少的緊密間隔的系統(tǒng)中。
雖然圖2顯示的是一個(gè)磁鐵及兩個(gè)線圈，但是，本發(fā)明可以擴(kuò)展為多個(gè)線圈及多個(gè)磁鐵。圖3的實(shí)施例顯示了一個(gè)動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其包括一個(gè)音圈線圈架38、在線圈架38上有沿軸向互相間隔的線圈40a、40b和42a、42b的兩對(duì)線圈40、42以及一個(gè)永久磁鐵組件44。第一對(duì)線圈40包括一個(gè)與另外一個(gè)線圈40a反向纏繞的線圈40b。類似的，第二對(duì)線圈42包括一個(gè)與另外一個(gè)線圈42a反向纏繞的線圈42b。線圈40a及42a相同方向纏繞。符號(hào)“●”與“×”表示各個(gè)線圈中的不同電流方向。
因?yàn)榫€圈40b與線圈40a反向纏繞而線圈42b與線圈42a反向纏繞，所以，作用在每段動(dòng)圈組件上的磁場(chǎng)必須相反。這是利用三個(gè)磁鐵46、48、50及四個(gè)磁極部分或板52、54、56、58組成完整的磁鐵組件44而做到的。這個(gè)磁鐵組件包括交替的磁極部分層與磁鐵層。磁極部分54接觸兩個(gè)磁鐵46、48，而磁鐵配置成，兩個(gè)磁鐵的南極都與磁極部分相鄰。類似的，磁極部分56與兩個(gè)磁鐵48、50的北極面相鄰。
磁鐵組件驅(qū)動(dòng)四個(gè)氣隙60、62、64、66。第一氣隙60經(jīng)由磁極部分52由磁鐵46的北極面驅(qū)動(dòng)，第二氣隙62經(jīng)由磁極部分54由兩個(gè)磁鐵46、48的南極面驅(qū)動(dòng)，第三氣隙經(jīng)由磁極部分56由兩個(gè)磁鐵48、50的北極面驅(qū)動(dòng)，而第四氣隙經(jīng)由磁極部分58由磁鐵50的南極面驅(qū)動(dòng)。徑向氣隙共用完成磁性電路的共同外套筒68。磁力線的線顯示為粗體箭頭。非磁性外殼70保持外套筒與磁鐵及磁極部分同心。
圖4顯示圖3組件的變例，其只包括了兩個(gè)磁鐵72、74，由非磁性間隔件76分開。此組件包括一音圈線圈架78、在線圈架78上有沿軸向相互間隔的線圈80a、80b、82a、82b的兩對(duì)線圈80、82以及一個(gè)永久磁鐵組件84。第一對(duì)線圈80包括一個(gè)與另外一個(gè)線圈80a反向纏繞的線圈80b。類似的，第二對(duì)線圈82包括一個(gè)與另外一個(gè)線圈82a反向纏繞的線圈82b。線圈80a及82a相同方向纏繞。符號(hào)“●”與“×”表示各個(gè)線圈中的不同電流方向。
此磁鐵組件驅(qū)動(dòng)四個(gè)氣隙86、88、90、92。第一氣隙86經(jīng)由磁極部分94由磁鐵72的北極面驅(qū)動(dòng)，第二氣隙88經(jīng)由磁極部分96由磁鐵72的南極面驅(qū)動(dòng)，第三氣隙經(jīng)由磁極部分98由磁鐵74的北極面驅(qū)動(dòng)，而第四氣隙經(jīng)由磁極部分100由磁鐵74的南極面驅(qū)動(dòng)。徑向氣隙共用一個(gè)完成磁路共同外套筒102。磁力線的線顯示為粗體箭頭。非磁性外殼104保持外套筒與磁鐵及磁極部分同心。
取代串聯(lián)配置線圈，也可以配置單獨(dú)線圈有各自的端子15，并連接線圈以便共同驅(qū)動(dòng)線圈來(lái)得到環(huán)繞一對(duì)線圈的軸線電流流動(dòng)方向相反的相同結(jié)果。例如，這可以通過(guò)并聯(lián)連結(jié)線圈而做到。
因此，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單的方法及裝置來(lái)改善揚(yáng)聲器用的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器性能。此揚(yáng)聲器可以是傳統(tǒng)的，也就是，活塞式的，或者可以是共振板式的，例如本發(fā)明申請(qǐng)人的審查中的國(guó)際申請(qǐng)WO 97/09842中所說(shuō)明的那種。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其包括一音圈線圈架(16)，在線圈架(16)上沿軸向互相間隔的至少一對(duì)線圈(18、20)，每對(duì)線圈中的一個(gè)線圈(18)與另外一個(gè)線圈(20)反向纏繞，這對(duì)線圈(18、20)被分開預(yù)定距離，使線圈的組合電感，被降低至少5％，以及一永久性磁鐵系統(tǒng)(28、30、32、34)，具有相反極性的磁極部分(28、30)，磁極部分相鄰于各線圈(18、20)設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器，其特征在于，該對(duì)或每對(duì)線圈設(shè)置成足夠緊密間隔，與在空間上分離的線圈相比，線圈的組合電感被至少降低25％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述各線圈(18、20)串聯(lián)在一起，流過(guò)此串聯(lián)連接的線圈的電流在該對(duì)線圈或每一對(duì)線圈的線圈中產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在每個(gè)線圈(18、20)中纏繞單層導(dǎo)線。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在該線圈架上設(shè)置有具有相對(duì)配置的線圈(40a、40b、42a、42b、80a、80b、82a、82b)的一對(duì)以上的線圈(40、42、80、82)，而每個(gè)線圈都與包括多個(gè)永久磁鐵的磁鐵系統(tǒng)的相應(yīng)磁極部分(52、54、56、58)相關(guān)聯(lián)。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，每一對(duì)線圈(18、20、40、42、80、82)的線圈(18、20、40a、40b、42a、42b、80a、82b)的間隔基本上等于或小于其直徑。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，線圈的間隔小于5mm。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，線圈的間隔小于每個(gè)線圈軸軸向長(zhǎng)度的兩倍。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，磁極部分為圓形的并夾置有至少一個(gè)直徑不小于磁極部分直徑的永久性磁鐵。
10.一種揚(yáng)聲器，其包括一可以支承彎曲波的板，以及一如前述任一權(quán)利要求所述的動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，用來(lái)激勵(lì)板中的彎曲波來(lái)產(chǎn)生聲音輸出。
全文摘要
一種動(dòng)圈揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器,在線圈架(16)上有至少一對(duì)線圈(18、20)。這些線圈在一永久磁鐵系統(tǒng)(28、30、32、34)的磁極部分之間(28、30)移動(dòng)。這對(duì)線圈(18、20)反向纏繞并緊密間隔來(lái)降低線圈的組合電感值。
文檔編號(hào)H04R9/04GK1347628SQ0080641
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月29日
發(fā)明者格雷厄姆·班克, 馬丁·羅伯茨 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司