專利名稱：用于減少失真的平衡電樞器件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁裝置——例如平衡電樞裝置(balanced armature apparatus)—— 以及改進(jìn)其性能的方法。
背景技術(shù)：
平衡電樞器件用在音頻應(yīng)用——諸如用于助聽器的微型揚(yáng)聲器——中。動(dòng)圈擴(kuò)音器更普遍地用于較大的設(shè)備諸如家用娛樂系統(tǒng)，但是動(dòng)圈揚(yáng)聲器遠(yuǎn)不足以用在微型應(yīng)用中。然而，常規(guī)的平衡電樞器件通常遭受不想要的失真。
減少失真的平衡電樞器件的發(fā)展將具有巨大的商業(yè)利益，而且為各種應(yīng)用設(shè)計(jì)具有想要的磁響應(yīng)的結(jié)構(gòu)將是非常有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括在從中等到高驅(qū)動(dòng)振幅下具有改良的線性的平衡電樞裝置。 從而，可以用一種改良的電動(dòng)機(jī)(motor)來制造具有比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)低的聲學(xué)失真的微型電聲換能器。特別地，實(shí)施例包括改良的微型揚(yáng)聲器，例如助聽器揚(yáng)聲器。
一種示例平衡電樞裝置——其可以是電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)(generator)——包括一個(gè)電樞，其中所述電樞的材料被選擇并且/或者所述電樞的構(gòu)造(例如分層結(jié)構(gòu))被配置，以減少所述裝置的輸出中的失真。特別地，諧波失真和互調(diào)失真(intermodulation distortion)都可以被減少到可觀地(appreciably)小于使用常規(guī)電樞將呈現(xiàn)的程度。 電樞可以包括一個(gè)或多個(gè)高透磁率材料，且在某些實(shí)施例中，第二材料在特定驅(qū)動(dòng)水平 (drive level)以上(above)為所述第一材料的飽和區(qū)域(saturation region)提供了磁通分流器(flux shunt)。
本發(fā)明的實(shí)施例包括包含減少失真的平衡電樞揚(yáng)聲器的助聽器和高保真耳機(jī)。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括可變磁阻元件，以及包含這樣的元件的任何類型的可變磁阻器件。實(shí)施例包括基于電樞的可變磁阻器件，諸如包含被配置為提供可變磁阻的電樞的可變磁阻器件。例如，電樞可以被配置為具有這樣的磁阻對(duì)磁通曲線(reluctance versus flux curve),其至少部分地提高了位移對(duì)磁通曲線(displacement versus flux curve)的線性。本發(fā)明的實(shí)施例也包括圓柱形器件。
可變磁阻元件(諸如電樞)可以包括第一材料和第二材料，所述第二材料具有高于所述第一材料的磁阻，并且所述第一材料包括一個(gè)飽和區(qū)域(諸如窄化區(qū)域(narrowed region))，所述飽和區(qū)域在所述第一材料的其余部分飽和之前飽和。然后，所述第二材料在所述飽和區(qū)域附近為更高的磁通提供磁通分流器。所述飽和區(qū)域可以是電樞的一部分，并且可以包括與所述電樞的其余部分相比具有減少的截面面積的窄化區(qū)域。
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種平衡電樞裝置，其包括一個(gè)電樞，其中所述電樞的材料被選擇并且/或者所述電樞的分層結(jié)構(gòu)被構(gòu)建，以在所述器件的輸出中提供比僅僅用單個(gè)高透磁率材料將呈現(xiàn)的更低的失真。


圖1示出了一個(gè)示例平衡電樞電動(dòng)機(jī)； 圖2示出了另一個(gè)平衡電樞電動(dòng)機(jī)的截面圖； 圖3示出了一個(gè)包括窄化區(qū)域的電樞構(gòu)造； 圖4示出了另一個(gè)示例實(shí)施方式；且 圖5示出了與現(xiàn)有技術(shù)器件相比，隨驅(qū)動(dòng)水平而變化的失真； 圖6A和6B示出了可變磁阻器件； 圖7A和7B以截面圖示出了示例圓柱形器件； 圖8示出了一個(gè)等價(jià)電路，其允許孔徑(aperture)的數(shù)值優(yōu)化； 圖9A和9B示出了飽和區(qū)域附近的磁通分流器的功能； 圖10示出了多個(gè)飽和區(qū)域的使用； 圖11A-11C示出了一個(gè)多層電樞；且 圖12示出了一個(gè)單磁體平衡電樞裝置。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例包括與常規(guī)器件相比具有減少的失真的平衡電樞磁電動(dòng)機(jī)。平衡電樞器件可以用在各種應(yīng)用中，例如用在用于助聽器的微型揚(yáng)聲器、其他耳內(nèi)揚(yáng)聲器、以及其他微型音頻器件應(yīng)用中。
平衡電樞磁電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)電樞，該電樞有一個(gè)端部位于一對(duì)磁體之間的間隙中。當(dāng)沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加時(shí)，該電樞可以被置于該間隙的中點(diǎn)，以使得來自所述磁體的作用在該電樞上的磁力被平衡。可以使用卷繞該電樞一部分的驅(qū)動(dòng)線圈來施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)增加了該電樞和所述磁體之一(取決于該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的極性)之間的引力，使該電樞朝那個(gè)磁體移位。該電樞優(yōu)選地具有足夠的剛性(rigidity)，以使得其朝向磁體的偏轉(zhuǎn)不會(huì)遠(yuǎn)到使其最終緊貼至該磁體。電樞飽和可以有助于防止電樞的較大偏轉(zhuǎn)——因?yàn)轵?qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度的進(jìn)一步增加不會(huì)顯著地增加偏轉(zhuǎn)，并且這有助于避免電樞接觸和緊貼至磁體—— 這有時(shí)被稱為電樞崩塌和鎖止(armature collapse and lock-up)。
對(duì)于小的電樞偏轉(zhuǎn)，平衡電樞器件中的電樞偏轉(zhuǎn)近似是線性的。然而，隨著電樞向著磁體偏轉(zhuǎn)，該電樞和該磁體之間的磁力趨向于增加。這是該平衡電樞器件的響應(yīng)中的諧波失真的一個(gè)來源，而所述諧波失真是應(yīng)用(諸如揚(yáng)聲器)中的一個(gè)問題。在常規(guī)器件中， 所述諧波失真隨著驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度而增加，直到發(fā)生電樞飽和效應(yīng)為止。
完全電樞飽和(complete armature saturation)發(fā)生在較高的驅(qū)動(dòng)信號(hào)下。在常規(guī)器件中，電樞飽和的肇始(onset)起初可以抵消磁失真，然后失真隨著信號(hào)強(qiáng)度而迅速增加。完全電樞飽和在較高的驅(qū)動(dòng)水平下導(dǎo)致了極高的失真，并且有效地對(duì)實(shí)際驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度提供上限。在這樣的較高驅(qū)動(dòng)水平下運(yùn)行是不想要的，因此僅憑完全電樞飽和的肇始不能為諧波失真問題提供有效的解決方案。
然而，本發(fā)明的實(shí)施方案使用了電樞的部分飽和(partial saturation)，例如電樞的某些部分(諸如其窄化區(qū)域)的飽和，以更有效地減少失真。
術(shù)語“較高驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度，，可以指接近于或超過電樞完全飽和的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而“中等信號(hào)強(qiáng)度”可以指小于使整個(gè)電樞飽和的那些驅(qū)動(dòng)信號(hào)，但在此信號(hào)強(qiáng)度上(常規(guī)地)諧波產(chǎn)生是一個(gè)問題?！拜^低驅(qū)動(dòng)信號(hào)”是即使對(duì)于常規(guī)器件而言器件響應(yīng)也有效地呈線性的那些驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，電樞的磁性質(zhì)被修改以減少在中等信號(hào)強(qiáng)度下的諧波失真，這樣的信號(hào)強(qiáng)度顯著小于使該電樞完全飽和或者引起完全飽和的肇始所需的信號(hào)強(qiáng)度。術(shù)語“驅(qū)動(dòng)信號(hào)”可以指施加到驅(qū)動(dòng)線圈的電信號(hào)，或者指所得到的、用于引起該電樞的自由端偏轉(zhuǎn)的磁通。
在某些實(shí)施例中，電樞構(gòu)件(component)(諸如電樞的窄化區(qū)域)的飽和發(fā)生在第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度，而該電樞的其余部分的飽和發(fā)生在較高的驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度。鄰近 (proximate)該窄化區(qū)域可以設(shè)有一個(gè)具有較低透磁率(較高磁阻)的側(cè)翼件(flanking piece)。在該窄化區(qū)域飽和之后，磁通的進(jìn)一步增加由該側(cè)翼件(其充當(dāng)該飽和區(qū)域附近的磁通分流器)承載，但由于該窄化區(qū)域的飽和以及該側(cè)翼件在該磁回路(magnetic circuit)中的存在，總電樞磁阻增力卩。總電樞磁阻的增加可以被設(shè)計(jì)以補(bǔ)償諧波失真效應(yīng)， 從而能可觀地減少諧波失真。
該側(cè)翼件(例如包括具有比該電樞其余部分所用材料高的磁阻的磁性材料)可以是該電樞的一部分，例如作為一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的一部分。在某些實(shí)施例中，該側(cè)翼件鄰近該電樞，例如與該電樞鄰接(adjacent)。該側(cè)翼件為該驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供了磁回路的一部分，并且可以包括一個(gè)與窄化區(qū)域并行(parallel)的磁回路構(gòu)件，該窄化區(qū)域在比該側(cè)翼件低的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(drive field)下飽和，該磁回路構(gòu)件例如多層結(jié)構(gòu)中的并行層、多環(huán)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、 鄰接構(gòu)件、環(huán)繞(surrounding)區(qū)域、管狀結(jié)構(gòu)的芯(core)，或其他構(gòu)造。
窄化區(qū)域可以伴隨有側(cè)翼件，所述側(cè)翼件提供了具有比該電樞材料高的磁阻的并行磁路徑(magnetic path)。在該窄化區(qū)域飽和之后，磁通可以由該側(cè)翼件承載。
電樞可以大致為U形，具有第一大致直的區(qū)段(segment)(對(duì)應(yīng)于該U的一條邊)，其有一端在磁隙內(nèi)；一個(gè)彎曲的區(qū)段；以及第二大致直的區(qū)段，其附接該電樞。驅(qū)動(dòng)線圈可以被安裝在該第一區(qū)段上，該第一區(qū)段是可偏轉(zhuǎn)的區(qū)段。該第二區(qū)段可以是相對(duì)不可偏轉(zhuǎn)的區(qū)段，其不會(huì)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下相對(duì)于磁體偏轉(zhuǎn)。其他構(gòu)造——包括E形電樞、 線形電樞等——也是可能的。在某些情況下，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造可以存在于用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的磁通返回路徑(flux return path)的任何部分中，例如存在于該器件的支承結(jié)構(gòu)、基部 (base)或其他部分內(nèi)、或者存在于電樞構(gòu)件的飽和部分(例如窄化區(qū)域)附近的它可以有效地充當(dāng)磁通分流器的任何位置。
本發(fā)明的實(shí)施例包括對(duì)平衡電樞磁電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的修改，其針對(duì)低于飽和的所有驅(qū)動(dòng)水平顯著地減少了位移中的失真。通過該電動(dòng)機(jī)中的磁部分的適當(dāng)設(shè)計(jì)，隨著驅(qū)動(dòng)水平的增加，失真保持為均勻地低(uniformly low)。僅當(dāng)發(fā)生整個(gè)電樞的飽和時(shí)，失真才開始增加。
通過沿著該電樞的長(zhǎng)度的一部分來減小該電樞的截面積，可以改變電樞磁阻，而在某些實(shí)施例中提供了一個(gè)側(cè)翼件，以在窄化區(qū)域飽和以后提供另外的磁通路徑(即，作為磁通分流器)。
示例設(shè)計(jì)修改包括在沿著該電樞的長(zhǎng)度的某些區(qū)域?qū)υ撾姌幸徊糠值臉?gòu)造和/ 或形狀的修改。這樣的修改的一個(gè)可能的位置靠近固定到磁軛(yoke)的端部。然而，同一種修改可以被用在沿著該電樞的長(zhǎng)度的任何位置，除了在磁隙內(nèi)部?？梢源嬖谀承?shí)施例， 其中這樣的其他位置也是有利的。修改可以位于沿著該電樞的任何地點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)位置。
在平衡電樞揚(yáng)聲器中，最大輸出水平可以受該電樞中的磁飽和所限。為了穩(wěn)定，可以特意地將飽和設(shè)計(jì)到該器件中。概念上，應(yīng)該有可能重新設(shè)計(jì)該器件以使得飽和發(fā)生在更高的驅(qū)動(dòng)水平。然而，如果這是在保持該設(shè)計(jì)中的其他所有因素不變的情況下做出的，則將導(dǎo)致在中等驅(qū)動(dòng)水平下出現(xiàn)實(shí)質(zhì)上(substantially)更高的失真。因此，對(duì)于給定尺寸的器件，在中等驅(qū)動(dòng)下，最大輸出和飽和之間可以有固定的關(guān)系。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在中等驅(qū)動(dòng)水平下減少失真的方法，允許了電動(dòng)機(jī)被重新設(shè)計(jì)以在不增加失真的前提下獲得更高的輸出。在當(dāng)前的平衡電樞揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中，這可以在減少失真的同時(shí)允許輸出增加6到10分貝。
此外，在可接受的失真下增加輸出水平的能力允許了具有特定聲學(xué)輸出水平的助聽器使用較小的揚(yáng)聲器。這使得能夠構(gòu)建更小、更不顯眼的助聽器，并且允許了能更好地配合在耳道內(nèi)以為用戶提供更好的聲學(xué)方案的揚(yáng)聲器。
圖1示出了一個(gè)示例平衡電樞電動(dòng)機(jī)，其中該電樞的自由端在磁氣隙(magnetic air gap)中振蕩。裝置10包括電樞12 ；驅(qū)動(dòng)線圈14，其被定位使得該線圈圍繞該電樞的一部分；第一永磁體18和第二永磁體20 ；以及磁軛16。電樞12是大致U形的，具有第一端部22，其位于該第一磁體和該第二磁體之間的間隙內(nèi)，還具有第二端部，其與該磁軛鄰接。 端部22在磁力作用下能自由移動(dòng)，并且在沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)穿過驅(qū)動(dòng)線圈14施加的情況下，該端部被定位為與這兩個(gè)永磁體18和20等距。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該電樞具有修改區(qū)域(modified region)例如沈， 其給出了隨著驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度而變化的磁阻，以減少位移對(duì)驅(qū)動(dòng)振幅行為(displacement versus drive amplitude behavior)的失真。在此語境中，失真是相對(duì)于該電樞的端部隨著驅(qū)動(dòng)振幅而變化的線性位移的偏離。
在此實(shí)施例中，在氣隙中建立了源自這兩個(gè)永磁體的、近似均勻的靜態(tài)磁場(chǎng)。該靜態(tài)磁場(chǎng)的返回路徑被限制到該磁軛。該U形電樞(通常包括高滲透性材料)被安裝為，一端處于兩個(gè)磁體之間的氣隙中，另一端處于該磁軛的磁中性點(diǎn)(magnetic neutral point)。 該電樞的在該磁軛之外的部分穿過一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，該驅(qū)動(dòng)線圈提供了附加的交流(AC)磁激勵(lì)。
如果所述永磁體被均等地磁化，則該電樞的自由端將精確地位于該氣隙的中心， 并且如果沒有電流施加到該線圈，則該電樞中將沒有磁通。在該電樞上方和下方的氣隙中都有作用在該電樞上的磁力。這些磁力等值且反向，因此在該電樞上沒有凈力(net force)。然而這是一個(gè)不穩(wěn)定的均衡。如果該電樞要在任一方向上移動(dòng)，則較小的間隙中的力將增加，而較寬的間隙中的力將減少，從而凈力牽拉該電樞遠(yuǎn)離中心。該電樞的彈簧剛度(stiffness)應(yīng)足夠強(qiáng)以保持該電樞免于崩塌到所述磁體之一。
如果該電樞被固定保持在所述間隙中，且電流開始在該線圈中流動(dòng)，則通過該電樞、所述間隙和該磁軛建立了附加的磁通環(huán)路(loop)。該附加的磁通被添加到一個(gè)間隙中， 并被從另一個(gè)間隙中減去。這使得該電樞上的磁力不平衡。如果該電樞能自由移動(dòng)，則該不平衡的力將導(dǎo)致該電樞的端部移位到一個(gè)新的均衡位置，在該新的均衡位置該電樞的機(jī)械彈力被磁力平衡。如果向該線圈施加小的交流信號(hào)，則該電樞的位移與線圈電流近似成比例。
在該器件中有兩個(gè)重要的非線性源。第一個(gè)是磁非線性。隨著該電樞離開其靜態(tài)均衡位置，該電樞被較近的磁體更強(qiáng)地牽拉。凈力是近似線性的，但具有小的三次非線性 (cubic nonlinearity)。如果彈力是線性的，則磁力中的不平衡的三次非線性將造成該電樞的力對(duì)位移(force vs. displacement)的失真。
第二個(gè)非線性源是該電樞中的磁飽和。隨著該電樞以較高的振幅移動(dòng)，該電樞中的磁通增長(zhǎng)。接收機(jī)(receiver)常常被專門地設(shè)計(jì)以使得其電樞在小于到磁體的距離的振蕩振幅下飽和。當(dāng)該電樞飽和時(shí)，沒有附加的磁力傾向于使該電樞向著磁體移動(dòng)。
將這兩個(gè)效應(yīng)合并，則在低驅(qū)動(dòng)振幅下，磁力非常接近于線性。在較高振幅下，由于磁力中的三次非線性，該力隨著位移的增長(zhǎng)快于線性。這種情況對(duì)于中等驅(qū)動(dòng)振幅繼續(xù)存在，并且導(dǎo)致了一些奇數(shù)倍諧波失真(odd harmonic distortion)。隨著振幅繼續(xù)增加， 飽和開始發(fā)生。該飽和減少了大位移處的力，從而部分地消除了存在于較低振幅下的磁三次非線性。效果是，失真起初低，在中等水平下增加，當(dāng)飽和開始時(shí)急劇減少，然后隨著飽和繼續(xù)增加而非常迅速地再次增加。
在先前的方法中，磁器件被建構(gòu)為使得電樞的磁阻盡可能低，且使得該電樞的飽和發(fā)生在該電樞與磁體接觸之前。這些特征一起使得該器件具有高敏感性，并且防止了該電樞坍塌到磁體。
本發(fā)明的實(shí)施例包括以如下方式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改減少在飽和以下在中等驅(qū)動(dòng)水平下的失真，在某些情況下通過增加電樞的總體磁阻來抵消不想要的非線性響應(yīng)。先前的方法通常與試圖在所關(guān)注的驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)增加電樞的磁阻背道而馳。
在某些實(shí)施例中，以如下方式對(duì)電樞返回路徑的磁阻和飽和性質(zhì)進(jìn)行修改減少該電樞的力對(duì)位移特性中的非線性。這可以通過各種途徑來做到，包括在電樞磁路徑的一部分中提供分層結(jié)構(gòu)，且在某些情況下通過將一個(gè)電樞區(qū)域窄化(減少截面面積)以獲得該電樞的部分飽和，例如該電樞的所述部分飽而該電樞的其他部分不飽和。
例如，電樞可以包括第一層和第二層，該第二層具有比該第一層低的透磁率和比該第一層高的磁阻。在低磁通下，該第一層可以承載本質(zhì)上所有磁通。當(dāng)該第一層的至少一部分飽和時(shí)，附加的磁通由該第二層承載，此時(shí)該第二層充當(dāng)磁通分流器。
圖2示出了另一個(gè)平衡電樞電動(dòng)機(jī)30的截面圖，包括電樞32、驅(qū)動(dòng)線圈34、磁軛 36以及永磁體38和39。該電樞有一個(gè)端部42位于所述磁體之間的氣隙中。
位移對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的失真是由磁力對(duì)位移關(guān)系中的非線性造成的。如果磁體是均等地磁化的且電樞完美地位于中心，則磁力對(duì)于小位移是近似線性的，但具有立方非線性，其隨著電樞更接近磁體而更強(qiáng)勁地牽拉電樞。
該電樞被修改以補(bǔ)償此非線性。該電樞的一條臂40具有窄化區(qū)域42，該窄化區(qū)域具有減少的截面面積，與該電樞其余部分相比在更低的磁通下飽和。側(cè)翼件44充當(dāng)該窄化區(qū)域附近的磁通分流器，承載該窄化區(qū)域飽和之后的大部分磁通。該側(cè)翼件具有比該電樞其余部分高的磁阻，所以該窄化區(qū)域的飽和增加了該電樞的總磁阻。
圖3示出了一個(gè)示例實(shí)施方式。在此實(shí)施方式中，該電樞的金屬在一個(gè)短節(jié)段 (section) 42中被窄化，緊接該窄化區(qū)域之下并跨越(span)該窄化區(qū)域的是側(cè)翼件44，其包括具有較低透磁率(較高磁阻)的第二材料。該圖示出了該電樞的在側(cè)翼件44附近的一個(gè)小節(jié)段。
如所示，頂層可以是標(biāo)準(zhǔn)器件的電樞經(jīng)修改使得其寬度在一個(gè)短區(qū)域內(nèi)減小。底層可以是這樣的材料，其具有比該電樞低但仍然遠(yuǎn)高于1的相對(duì)透磁率。
在低驅(qū)動(dòng)水平下，該電樞表現(xiàn)得類似于常規(guī)設(shè)計(jì)。大部分磁通穿過了第一層的窄化區(qū)域44，因?yàn)樗哂休^高的透磁率(較低的磁阻)。然而，該電樞的窄化區(qū)域在比未窄化電樞低的驅(qū)動(dòng)水平(以及比未窄化電樞低的磁通水平)下開始飽和。第二層開始充當(dāng)磁通分流器，承載超出使第一層的窄化部分飽和所需的多余磁通。隨著驅(qū)動(dòng)水平繼續(xù)增加到更高的水平，磁通被轉(zhuǎn)移到該第一層的窄化部分下方的該第二層材料。
隨著信號(hào)強(qiáng)度增加到該窄化區(qū)域的飽和以上(above)，失真減少，這是因?yàn)樵撾姌械目偞抛柙黾友a(bǔ)償了由更高偏轉(zhuǎn)在該電樞端部和所述磁體之間導(dǎo)致的磁力增加。
圖4示出了另外的一個(gè)實(shí)施方式，包括電樞臂40的一部分的窄化區(qū)域42，并且側(cè)翼件44提供了磁通分流器。該圖示出了包括窄化區(qū)域的電樞構(gòu)造。在此實(shí)施例中，失真始自低水平，并且增加，直到該電樞在最狹窄區(qū)域開始飽和為止。在這一磁通水平，附加的磁通通過該側(cè)翼件分流。失真隨著總磁阻增加而減少，以維持磁通和位移之間的線性關(guān)系。隨著驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)一步增加，飽和區(qū)增長(zhǎng)，以包括該電樞的窄化區(qū)域的更多部分。該窄化區(qū)域的輪廓可以被選擇，以使得磁阻以適當(dāng)?shù)姆绞皆黾?，以維持力和位移之間的線性關(guān)系。
圖5示出了帶有未修改的電樞的常規(guī)器件(曲線50)和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 (例如圖2和圖3中所示)的改進(jìn)電樞(曲線52)的總體失真對(duì)驅(qū)動(dòng)水平曲線。在低水平， 這些曲線是相似的。
隨著該窄化區(qū)域飽和以及該電樞總磁阻增加，該改進(jìn)電樞的失真曲線(52)落到曲線50之下。隨著該窄化區(qū)域的飽和持續(xù)，磁通通過較低透磁率的材料分流，且該材料現(xiàn)在成為了該電樞中的磁路徑的一部分。
隨著驅(qū)動(dòng)水平進(jìn)一步增加，該改進(jìn)器件的失真再次增加，且可以持續(xù)增加，直到第一層的全寬度部分(full width portion)中(或第二層中)發(fā)生飽和為止。在此水平，隨著初期飽和增加磁阻，失真再次迅速降低，然后，隨著飽和變得完全，失真迅速增加。
在使該電樞的整個(gè)寬度飽和的驅(qū)動(dòng)水平，失真再次以類似于常規(guī)器件的方式增加。對(duì)于在該電樞最大失真以下的驅(qū)動(dòng)水平，失真峰值顯著地小于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)。
常規(guī)器件的一個(gè)特性在于，失真在中等驅(qū)動(dòng)水平下增加，然后隨著電樞開始飽和而迅速減少，然后當(dāng)驅(qū)動(dòng)水平進(jìn)一步增加時(shí)隨著飽和的持續(xù)而再次迅速增加。隨驅(qū)動(dòng)水平而變化的失真在飽和時(shí)迅速增加。
圖6A示出了示例可變磁阻裝置60，其包括電樞62，電樞62具有自由端部72和固定端部74、線圈64、以及磁體66和68。該器件類同于平衡電樞器件，并且可以——例如在修改區(qū)76內(nèi)——應(yīng)用類似的電樞修改(例如，具有磁并聯(lián)磁通分流器的窄化區(qū)域)。
在此實(shí)施例中，圍繞大致U形的電樞的一條臂布置了線圈64，而另一條臂支承了永磁體66。
圖6B示出了一個(gè)可能的修改的實(shí)施方式，其中電樞62具有修改區(qū)域(modified region) 76，其包括窄化區(qū)域80和側(cè)翼件78。如上所述，當(dāng)窄化區(qū)域80飽和時(shí)，側(cè)翼件78 充當(dāng)磁通分流器。
圖7A示出了可變磁阻型器件的另一個(gè)實(shí)施例。該器件關(guān)于所標(biāo)記的軸線具有圓柱對(duì)稱性，且當(dāng)線圈104中存在振蕩電流時(shí)在膜片(diaphragm) 100中激發(fā)了屈曲運(yùn)動(dòng) (flaural motion) 0在此實(shí)施例中，電樞是大致圓形的膜片，其邊緣固定而在中心具有最大的運(yùn)動(dòng)。該裝置還包括圓柱形外殼102、基部106，永磁體108以及極部(pole piece) IlO0 操作類同于其他實(shí)施例。在磁體108和膜片112之間存在恒定的吸引力。該膜片的剛度優(yōu)選地足以維持該磁體和該膜片之間的分離。
該線圈中的電流改變了該磁體和該膜片之間的間隙中的磁通，并在該膜片上產(chǎn)生了振蕩力。該力是非線性的，當(dāng)該膜片朝向該磁體偏移時(shí)比當(dāng)該膜片背離該磁體偏移時(shí)更大。
可以對(duì)該磁返回路徑的一個(gè)或多個(gè)部分提供磁修改，例如類同于針對(duì)平衡電樞器件所描述的那些。例如，在該膜片中可以提供修改區(qū)域112。在該圓柱結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造可以比在電樞中更復(fù)雜。例如，該膜片(或者該磁返回路徑中的其他元件)可以是兩層(或更多層)結(jié)構(gòu)，其中較高透磁率的層具有切口(cutout)，該切口建立了將發(fā)生飽和的小區(qū)域。
圖7B示出了一個(gè)可能的修改實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，其中膜片100包括大致圓形的切口 114，建立了一個(gè)圓形的窄化區(qū)域。鄰接于該切口區(qū)域提供一個(gè)大致圓形的側(cè)翼件116，提供了磁通分流器。
本發(fā)明的實(shí)施例包括任何基于電樞的可變磁阻器件，諸如包括了可以如其他地方所述而修改的電樞的可變磁阻器件。本發(fā)明的實(shí)施例還包括圓柱形器件，其在某些情況下可以造價(jià)更低。
圖8示出了一個(gè)由模擬電路表示的平衡電樞換能器(例如圖1中所示的裝置)的磁回路。下文對(duì)此回路的詳細(xì)分析示出了，該電樞的磁阻對(duì)驅(qū)動(dòng)電流行為可以被數(shù)值地設(shè)計(jì)，以獲得驅(qū)動(dòng)電流和電樞位移之間的線性關(guān)系。
圖9A示出了電樞140的一部分的截面，包括窄化部分142和側(cè)翼件144，類似于圖3和圖4所示的。在此實(shí)施例中，該窄化部分的厚度相對(duì)于周圍的電樞被減小。在其他實(shí)施例中，可以調(diào)整寬度和/或厚度以降低橫截面面積。
圖9B示出了，對(duì)于高于使窄化區(qū)域飽和所必要的驅(qū)動(dòng)電流，該側(cè)翼件充當(dāng)該飽和區(qū)域附近的磁通分流器。然而，如果該側(cè)翼件充當(dāng)具有比該電樞的被分流部分的低場(chǎng)磁阻 (low-field reluctance)更高的磁阻的磁通分流器，則該電樞的總磁阻增加。
圖10示出了一個(gè)具有電樞部分160的電樞，電樞部分160包括第一窄化區(qū)域162 和第二窄化區(qū)域164。該圖示出了對(duì)于高于使該第二窄化區(qū)域飽和所必要的、但卻低于使該第一窄化區(qū)域飽和所必要的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁通方向。在此情況下，側(cè)翼件充當(dāng)該第二窄化區(qū)域的磁通分流器。在使這兩個(gè)窄化區(qū)域都飽和的較高磁場(chǎng)下，該側(cè)翼件充當(dāng)這兩個(gè)窄化區(qū)域的磁通分流器。
圖1IA至1IC示出了多層結(jié)構(gòu)180，其可以被用在電樞的某些或所有部分中，且不要求窄化區(qū)域。圖IlA示出了第一層182、第二層184和第三層186。每一層的每單位長(zhǎng)度磁阻按照第一層、第二層、然后第三層(最高)的順序增加。與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，該第一層可以相對(duì)薄。
圖IlA示出了，在低磁通Fl下，各層都沒有飽和，且大部分磁通是通過該第一層傳送的，因?yàn)樵摰谝粚泳哂凶畹偷拇抛琛DIlB示出了，在較高的磁通F2(F2>F1)下，該第一層飽和，且此時(shí)大部分磁通是通過該第二層傳送的。圖IlC示出了，在更高的磁阻F3(F3 > F2)下，該第一層和該第二層都飽和，且此時(shí)大部分磁通是通過該第三層傳播的。
因此，一個(gè)示例電樞包括由至少兩層組成的一個(gè)多層部分，其中第一層在比第二層低的磁通水平下飽和，第二層具有比第一層高的磁阻。整個(gè)第一層可以變?yōu)轱柡蛥^(qū)域，而磁通被分流到第二層。一個(gè)電樞可以包括多個(gè)這樣的具有不同透磁率和厚度的層，而無需添加進(jìn)一步薄化或以其他方式限制的區(qū)域，從而允許電樞磁阻對(duì)磁通行為被定制到想要的關(guān)系。
圖12示出了圖2的一個(gè)修改版本，其中由磁軛所支承的一對(duì)永磁體被單個(gè)永磁體 202和一個(gè)略微修改的、具有端部204和206的磁軛200所替代。在該磁軛的端部之間具有間隙，電樞42的端部延伸進(jìn)入此間隙，以在該電樞上和該電樞下限定兩個(gè)間隙(如所示)。 在此實(shí)施例中，該磁軛被用于從該永磁體向所述間隙傳送磁通。在其他實(shí)施例中，單個(gè)磁體可以被定位在該磁軛內(nèi)的任何位置，該磁軛被用于將磁通傳送到所述間隙。
電樞磁阻 電樞的磁阻可以被表達(dá)為R= 1/Ptl μ A，其中1表示長(zhǎng)度，是自由空間的透磁率，μ是材料的相對(duì)透磁率，A是截面面積。
在常規(guī)器件中，截面面積A沿著電樞長(zhǎng)度是大致恒定的，且每單位長(zhǎng)度的磁阻(R/ 1)沿著電樞長(zhǎng)度也是大致恒定的。該電樞的飽和場(chǎng)沿著該電樞的整個(gè)長(zhǎng)度是大致恒定的。 該電樞在磁軛下方的區(qū)域可以略寬，使得有可能增加該電樞和該磁軛之間的附著面積。然而，在常規(guī)器件中，電樞沒有顯著窄化，也沒有任何其他傾向于增加磁阻的特征。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，每單位長(zhǎng)度的磁阻R'沿著該電樞的長(zhǎng)度有變化。(符號(hào)R表示磁阻，符號(hào)R'表示每單位長(zhǎng)度的磁阻)。電樞可以包括具有第一 R'值的第一部分、具有第二 R'值的第二部分和具有第三R'值的第三部分。該第一 R'值可以小于該第二或第三R'值。
在某些實(shí)施例中，電樞包括一個(gè)具有減少的截面面積A的部分，例如一個(gè)漸縮的或窄化的區(qū)域。窄化可以通過減少寬度和/或減少厚度來實(shí)現(xiàn)。該窄化區(qū)域的飽和磁通低于該電樞的其余部分，因此該窄化區(qū)域在比該電樞其余部分低的驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度下飽和。
可以將側(cè)翼件定位為鄰近該窄化區(qū)域，以允許用于磁通的并行路徑，且該側(cè)翼件的磁通可以大于該電樞的其余部分。因此，對(duì)于介于使該窄化區(qū)域飽和所必要的與使該電樞其余部分飽和所必要的之間的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，該電樞的磁阻增加。然而，磁阻的增加相對(duì)于小驅(qū)動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)度可以相對(duì)小(例如介于0. 和10%之間)，且可以通過窄化區(qū)域和側(cè)翼件的設(shè)計(jì)來良好地控制。
因此，該電樞的飽和性質(zhì)可以被修改，以減少在顯著小于使該電樞完全飽和所需的磁場(chǎng)的中等信號(hào)強(qiáng)度下的諧波失真。在某些實(shí)施例中，一個(gè)電樞構(gòu)件的飽和發(fā)生在中等信號(hào)強(qiáng)度，而整個(gè)電樞的飽和發(fā)生在更高的信號(hào)強(qiáng)度。
電樞設(shè)計(jì)和材料 本發(fā)明的實(shí)施例包括這樣的電樞其具有一個(gè)或更多個(gè)具有小于鄰接電樞區(qū)域的截面面積的區(qū)域。這些區(qū)域可以通過對(duì)具有近似恒定的厚度但卻具有較窄區(qū)域的電樞進(jìn)行沖壓來實(shí)現(xiàn)，從而這些區(qū)域可被稱為較窄區(qū)域(narrower regions)。也可以使用其他途徑， 包括具有減少的厚度和/或?qū)挾鹊膮^(qū)域。
一個(gè)電樞可以包括雙層部分，例如圖3和圖4中所示的，該電樞的其余部分是單層。側(cè)翼件(第二層)可以被視為該電樞的一部分或一個(gè)分立構(gòu)件，但在這兩種情況中都充當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的磁通返回路徑的一部分。
在某些實(shí)施例中，該電樞的一部分可以包括雙層，且在此電樞部分內(nèi)可以有第一層的一個(gè)或更多個(gè)窄化區(qū)域。
在某些實(shí)施例中，該電樞的一部分或全部可以包括具有兩個(gè)或更多個(gè)層的多層。 例如，隨著場(chǎng)增加，第一層(或其窄化部分)可以首先飽和，其余的層充當(dāng)用于該飽和層或其一部分的磁通分流器。在更高的磁場(chǎng)下，第二層、第三層等等可以在遞增的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和。以此方式，可以裝配具有精確的想要的磁阻變化的元件。
一個(gè)改進(jìn)電樞可以包括一個(gè)磁性材料帶，該磁性材料帶包括具有窄化厚度的區(qū)域，例如通過諸如模壓(coining)等機(jī)械過程生產(chǎn)的。側(cè)翼件可以由第二磁性材料提供，而側(cè)翼路徑可以是該電樞的一部分或者與之鄰近。
在某些實(shí)施例中，電樞可以通過沖壓出(stamping out) 一個(gè)金屬帶而形成。在沖壓過程中容易形成具有窄化寬度的區(qū)域。該金屬帶可以被彎成大致U形的構(gòu)造。
電樞可以包括常規(guī)磁性材料，例如坡莫合金(permalloy)(或其他鐵-鎳磁性合金)、鐵-硅材料諸如硅鋼，或其他材料。
該電樞可以包括具有第一透磁率的第一材料和具有第二透磁率(例如，為第一透磁率的0. 2至0. 8)的第二材料。該第一材料具有一個(gè)具有減少的截面面積的區(qū)域(窄化區(qū)域)，以使得該區(qū)域，在該第一材料的其余部分在第二閾值飽和之前，在第一閾值飽和。在介于第一閾值和第二閾值之間的磁場(chǎng)下，側(cè)翼件充當(dāng)磁通分流器。然而，該磁通分流器的較高磁阻增加了該電樞的總體磁阻。
例如，該第一材料的相對(duì)透磁率在低磁場(chǎng)下可以是大約5，000至100，000 (例如， 大約80，000,且對(duì)于某些材料諸如超透磁合金(supermalloy)可以更高)，在使該第一材料飽和的第一閾值在一個(gè)窄化區(qū)域內(nèi)落至接近于單位值(unity)。例如，坡莫合金可以具有大約80，000的透磁率，而硅鋼可以更高。
該第一材料可以使用諸如坡莫合金、其他鎳鐵基磁性合金、硅鋼等材料或其他材料。該第二材料可以具有可觀地小于該第一材料的透磁率，例如介于該第一材料的透磁率的0. 05和0. 9之間，更特別地介于該第一材料的透磁率的0. 1和0. 8之間，例如大約一半。 這些范圍是示例性的，也可以使用其他值。例如，該第二材料可以包括具有較低(相對(duì)于該第一材料)透磁率的磁性合金、鐵氧體(ferrite)、鐵(iron)和/或鎳或者其合金，等等。
在該第一閾值以下，大部分磁通是由該第一材料承載的。在該第一閾值和該第二閾值之間，大部分磁通是由該窄化區(qū)域附近的磁通分流器承載的，且磁阻以能根據(jù)具體應(yīng)用而調(diào)整的方式增加。
分析 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，平衡電樞換能器(例如，如圖1中所示的)的磁回路可以由圖8的模擬電路表示。此模型遵循了電流是磁通的模擬且電壓是磁動(dòng)勢(shì) (magnetomotive force)的模擬的慣例。該電路中的阻性構(gòu)件是磁阻，其值可以被計(jì)算為
I/ 、 R =---(1) 其中1和A是該件的長(zhǎng)度和面積，μ r是其相對(duì)透磁率，而μ。是自由空間的透磁率。直流(DC)電壓源F1和F2是由這兩個(gè)磁體產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)。磁阻R1和&包括這兩個(gè)磁體之一的磁阻以及該磁返回路徑中的任何其余磁阻。Ra是該電樞的磁阻。該線圈向該電樞施加等于NI的附加磁動(dòng)勢(shì)，其中N是線圈匝數(shù)，而I是線圈電流。這兩個(gè)氣隙由Iigl和Rg2 表示。此電路示出該電樞在這兩個(gè)氣隙中居中。如果該電樞從其均衡位置移位了一個(gè)量X， 則這兩個(gè)磁阻根據(jù)下式變化 Rgi ^ Rgi + 和( 2 ) 如果Ct1是在上環(huán)路(upper loop)中順時(shí)針流動(dòng)的磁通，而Φ2是在下環(huán)路 (lower loop)中順時(shí)針流動(dòng)的磁通，則描述此回路的等式是 (^1 +Rg^l-ΝΙ)--^- \ =0 ( 3 ) { 2+^2)Φ2-Κ(Φ -Φ2)-(ρ2 + Ν )+^-φ2=ο (4) 對(duì)于電樞位移χ的任何具體值，線圈電流與磁體結(jié)合確定了環(huán)路磁通(^和Φ2的值。于是在該電樞上有由下式給出的機(jī)械力 F H(5)
2μ0Α 2μ0Α 我們假定該電樞具有足夠的機(jī)械剛度來抵抗此力并且避免該電樞坍塌到任一磁體。如果該電樞的彈簧剛度常數(shù)是k且該機(jī)械系統(tǒng)處于均衡，則彈簧彈力等于磁力，或
-kx = i(6) 1μ Α 2μ0Α 等式3和4用三個(gè)未知量Φ表示了三個(gè)等式，從而應(yīng)有可能從這些等式中將X作為NI的函數(shù)解出。可見，作為對(duì)下列多項(xiàng)式等式的解，X和NI是相關(guān)的 0 = kX5-kX"(2R2+ 4RRa) + AFNIX2 + X [-ANI2R -AF2R- SF2Ra + k(R4+4R3Ra+ AR2R2a ) - SF2Ra ] (7) - AR2FNI - SRRaFNI 其中X = χ/μ。A. 等式7示出了平衡電樞換能器的本質(zhì)的(essential)非線性。
然而，使用此處描述的方法，有可能設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以除去該非線性。
這是通過允許電樞磁阻Ra作為該電樞承載的磁通的非線性函數(shù)來做到的。令Ra 被Ra+Rax取代，其中Ra是常數(shù)。當(dāng)電樞磁通是零時(shí)，Rax的值是零并且以維持驅(qū)動(dòng)電流和位移之間的線性關(guān)系的方式隨著磁通的增加而增加。經(jīng)此修改，等式7變成
權(quán)利要求
1.一種平衡電樞裝置，包括 第一永磁體；第二永磁體；電樞，其有一個(gè)端部位于所述第一永磁體和所述第二永磁體之間；以及線圈，其磁耦合到所述電樞，所述線圈由驅(qū)動(dòng)信號(hào)可激勵(lì)，以在所述電樞內(nèi)感生磁通水平，并引起所述電樞的所述端部的偏轉(zhuǎn)，將位移關(guān)聯(lián)到驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平的位移關(guān)系，所述電樞被配置為，具有隨著所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平而增加的磁阻，以針對(duì)低于使整個(gè)電樞飽和所需的磁通水平來改良所述位移關(guān)系的線性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述電樞包括一個(gè)部分飽和部，其被配置為，在低于使所述電樞的鄰接部飽和所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平下飽和，所述裝置還包括一個(gè)側(cè)翼件，當(dāng)所述部分飽和部為飽和時(shí)，所述側(cè)翼件在所述部分飽和部附近提供磁通分流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，所述部分飽和部包括一個(gè)窄化區(qū)域，其具有比所述電樞的其他部分低的截面面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，所述窄化區(qū)域包括一個(gè)漸縮部，其截面面積隨著沿所述電樞的位置而變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述電樞包括第一磁性材料和第二磁性材料， 所述第一磁性材料的一部分在低于使所述第二磁性材料飽和所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平下飽和，當(dāng)所述第一材料的所述部分為飽和時(shí)，所述第二磁性材料在所述第一材料的所述部分附近提供磁通分流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述電樞具有用于使所述電樞完全飽和的飽和磁通， 所述電樞包括這樣的磁性材料，其使得穿過所述電樞的磁阻對(duì)磁通的變化被配置為，在所述飽和磁通以下提供基本線性的位移關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，所述電樞包括這樣的鐵氧體材料，其具有這樣的磁阻對(duì)電樞磁通曲線，所述曲線被配置為補(bǔ)償所述位移關(guān)系中的諧波失真。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置是平衡電樞電動(dòng)機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置還用作平衡電樞發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置是平衡電樞揚(yáng)聲器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，所述裝置是助聽器揚(yáng)聲器。
12.一種裝置，所述裝置是用于平衡電樞器件的電樞，所述電樞具有這樣的電樞飽和磁通，所述電樞在所述電樞飽和磁通下完全飽和， 所述電樞包括一個(gè)多層部分，所述多層部分包括第一層，其包括一個(gè)部分飽和區(qū)域，所述部分飽和區(qū)域在低于所述電樞飽和磁通的電樞磁通水平下飽和；以及第二層，當(dāng)所述部分飽和區(qū)域?yàn)轱柡蜁r(shí)，所述第二層用作所述部分飽和區(qū)域附近的磁通分流器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，所述部分飽和區(qū)域是與所述第一層的其他區(qū)域相比具有減少的截面面積的區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，所述第一層包括多個(gè)部分飽和區(qū)域，所述多個(gè)部分飽和區(qū)域具有比所述第一層的其他區(qū)域低的截面面積，所述多個(gè)部分飽和區(qū)域中的每一個(gè)都具有比所述第一層的其他區(qū)域低的飽和磁通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，所述電樞在沿著所述電樞的不同位置包括多個(gè)多層結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，所述電樞是可變磁阻電樞， 所述電樞磁阻被所述部分飽和區(qū)域的飽和所增加。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，所述裝置是用于平衡電樞揚(yáng)聲器的電樞。
18.一種裝置，所述裝置是磁裝置，包括 電樞；線圈，其由驅(qū)動(dòng)信號(hào)可激勵(lì)，以在所述電樞內(nèi)感生磁通；以及至少一個(gè)永磁體；所述電樞在沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加時(shí)具有均衡位置，所述電樞的一部分通過所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于所述均衡位置可移位，以具有與上至所述電樞的飽和磁通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平相關(guān)的位移，所述電樞被配置為，針對(duì)實(shí)質(zhì)上在所述飽和磁通以下的磁通水平下具有隨著磁通水平而增加的電樞磁阻，以獲得所述位移和所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平之間的大致線性的關(guān)系。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述電樞包括第一材料和第二材料，所述第一材料包括一個(gè)部分飽和部，所述部分飽和部在低于使所述第一材料的鄰近部飽和所需的磁通水平下飽和，當(dāng)所述飽和部為飽和時(shí)，所述第二材料在所述飽和部附近提供磁通分流器， 所述磁通分流器具有比所述第一材料的所述部分飽和部高的磁阻。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述電樞包括第一材料和第二材料， 所述第一材料的至少一部分在低于使所述第二材料飽和所需的磁通下飽和， 當(dāng)所述飽和部為飽和時(shí)，所述第二材料提供磁通分流器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，所述裝置包括第一永磁體和第二永磁體，所述電樞的相對(duì)于所述均衡位置可移位的部分是所述電樞的一個(gè)端部，所述端部延伸進(jìn)所述第一永磁體和所述第二永磁體之間的間隙內(nèi)，所述裝置還包括一個(gè)磁軛，所述磁軛在所述第一永磁體和所述第二永磁體之間提供磁通通路。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，所述裝置包括一個(gè)永磁體，所述裝置還包括一個(gè)磁軛，所述磁軛提供從所述永磁體到所述磁軛的部分之間的間隙的磁通通路，所述電樞的相對(duì)于所述均衡位置可移位的部分是所述電樞的一個(gè)端部，所述端部延伸進(jìn)所述磁軛的部分之間的間隙內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，所述裝置是電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
全文摘要
一種示例裝置包括驅(qū)動(dòng)線圈，其由驅(qū)動(dòng)信號(hào)可激勵(lì)；至少一個(gè)永磁體；以及至少一個(gè)磁返回路徑元件，用于由所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)感生的磁通，所述磁返回路徑元件(諸如平衡電樞)被配置為，提供可變磁阻，以減少位移對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)系中的非線性。通過修改換能器(例如平衡電樞器件的電樞)的磁返回路徑的磁阻對(duì)磁通性質(zhì)，允許了補(bǔ)償在所述裝置的另一個(gè)部分中引起的非線性。
文檔編號(hào)H04R11/02GK102187689SQ200980141210
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者S·C·湯普森 申請(qǐng)人:賓夕法尼亞州研究基金會(huì)