CN104640035B - 双线圈动磁换能器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电磁换能器及用于经驱动单元驱动电磁换能器的方法，该电磁换能器包括固定线圈和移动磁铁。在一些实施方案中，电磁换能器包括被配置成生成声波振动的隔膜、被固定至所述隔膜的移动磁铁以及一对围绕所述移动磁铁的固定线圈，所述固定线圈被配置成在相反的方向上指引电流。

Description

双线圈动磁换能器及方法

技术领域

本公开大体涉及电磁换能器，且特别地涉及扬声器。

背景技术

在换能器中，一种形式的能量被转换成不同形式的能量。电声换能器将电脉冲转换成可被感知为可让紧邻的听众听到的声音的声波振动。一些这样的电声换能器为通过驱动单元电磁驱动的电磁换能器，该驱动单元包括永久磁铁和具有多个线绕组的音圈。这里，被供给至音圈的电信号生成与永久磁铁所生成的磁场进行交互的磁场，从而在音圈中感应运动。由于音圈被固定至隔膜，因此可将该运动传送至隔膜以产生声音。

发明内容

本发明公开了用于经驱动单元驱动电磁换能器的实施方案，该电磁换能器包括固定线圈和移动磁铁。在一些实施方案中，电磁换能器包括被配置成生成声波振动的隔膜、被固定至隔膜的移动磁铁以及一对围绕移动磁铁的固定线圈，固定线圈被配置成在相反的方向上指引电流。

在额外的或替代的实施方案中，电磁换能器包括被固定至壳体的围绕物、被固定至壳体且被配置成产生声波振动的隔膜、被固定至隔膜的耦合器、被固定至耦合器且具有与中轴线相对齐的孔的永久磁铁以及包括第一线圈部分和第二线圈部分的线圈。第一和第二线圈部分同心围绕永久磁铁且被配置成响应于在相反的方向上指引电信号而关于中轴线在永久磁铁中感应运动。

在一些实施方案中，一种用于驱动电磁换能器的方法包括通过一对在相反方向上的线圈指引电信号和经所指引的电信号和永久磁铁产生的磁场而在永久磁铁中感应运动，该感应的运动经被固定至壳体的后表面的直线轴承而被约束至中轴线。该方法还包括将该对线圈保持在固定的位置上以及通过将感应的运动赋予被耦合至永久磁铁的隔膜而生成声波振动。

附图说明

通过阅读下面有关非限制性实施方案的描述并参照附图，可以更好地理解本公开，其中：

图1为根据本公开的一个或多个实施方案的扬声器的剖视图；

图2示意性地示出根据本公开的一个或多个实施方案的扬声器的驱动单元；

图3为根据本公开的一个或多个实施方案的集成耦合器-隔膜的剖视图；

图4为根据本公开的一个或多个实施方案的倒置耦合器-隔膜的剖视图；

图5为根据本公开的一个或多个实施方案的包括隔膜肋片的扬声器的立体图；

图6为根据本公开的一个或多个实施方案的倒置扬声器的剖视图；

图7为根据本公开的一个或多个实施方案的位于壳体中的扬声器的立体图；

图8为根据本公开的一个或多个实施方案的被固定至扬声器的散热器结构的立体图；以及

图9示出阐明根据本公开的一个或多个实施方案的一种用于驱动扬声器的方法的流程图。

具体实施方式

如上所述，电声换能器将电脉冲转换成可被紧邻的听众感知为声音的声波振动。一些电声换能器包括电磁驱动单元，其包括永久磁铁和具有多个线绕组的音圈。被供给至音圈的电信号生成与永久磁铁所生成的磁场进行交互的磁场，从而在音圈中感应运动。音圈被固定至隔膜以将感应的运动传送至隔膜，从而产生声音。然而，这样的拓扑通常利用强大的永久磁铁且易于因音圈的移动而退化。

在一些使用移动音圈的这样的方法中，通过使用由具有高磁通密度的材料，如钕合金所构成的磁铁而提供强大的永久磁铁。然而，相对于其他磁铁材料，使用钕会显著增加材料成本。在其他的方法中，可通过使用由被称为铝镍钴合金的铝、镍和钴合金所构成的永久磁铁而避免钕的高材料成本。然而，铝镍钴合金磁铁的磁通密度显著小于钕磁铁的磁通密度。为了补偿磁场强度的降低，可增加铝镍钴合金磁铁的质量，但这却是以增加扬声器的重量为代价的。

可使用包括固定双线圈和移动磁铁的电磁驱动单元增加电声换能器的输出，同时减少潜在的退化点和磁铁质量。磁铁可以是由钕合金构成的质量降低的永久磁铁。替代地，磁铁可由包括但不限于铝镍钴合金的其他材料构成。

图1示出根据本公开的一个实施方案的电磁换能器100的剖视图。在该实例中，电磁换能器100被配置成生成声波振动且还可被称之为扬声器。扬声器100可被配置在多个频率范围内产生声波。例如，扬声器100可在20Hz至200Hz的频率范围中生成可听见的声音，在这种情况下，扬声器可被归类为低音炮。

扬声器100包括壳体102，其从扬声器的后端104延伸至扬声器的前端106。壳体通常提供稳定的固定结构，移动和非移动的组件可被固定至该固定结构。当壳体可处在静止的环境(如房间)或移动环境(如车辆)中时，扬声器100的非移动的组件包括那些基本上相对于壳体进行固定的组件，且移动组件包括那些基本上相对于壳体未进行固定的从而使其可相对于壳体移动的组件，如下面进一步详细描述的一样。在一个实例中，基本上被固定至壳体的组件可通过紧固件、焊接、包覆模制等而被耦合至壳体。同样地，基本上未被固定至壳体的组件可通过相对灵活的连接而被耦合至壳体。

壳体至少部分包围且可完全包围也可能经历运动或保持在相对于壳体的固定位置上的其他组件。壳体102可由一个或多个导热材料(如铝)所构成，从而可有效地消散通过下述线圈生成的热量。由于扬声器所产生的功率和音量部分地受限于热量，因此有效的散热可有助于增加扬声器的输出。如下面进一步详细描述的，散热器结构可被固定至壳体102以进一步有助于散热。

扬声器100还包括直线轴承108，其便于在扬声器中实现电磁感应的运动。直线轴承108包括被固定至扬声器后端104的轴110。特别地，轴110相对于壳体102的后表面112垂直取向并限定扬声器的中轴线114，下述其他组件可关于该中轴线经历电磁感应的运动以在扬声器中生成声波振动。轴110可通过各种合适的方式被嵌入或以其它方式耦合至壳体102—例如，轴可通过在后表面112中的后孔116而***以及胶合或螺合到位，且使轴的后表面基本上(例如，在5mm之内)与后表面112相平齐。然而，在其他实施方案中，轴110可与壳体102一体形成以作为单一的整体单元。在该实例中，轴110为圆柱形的，但其他几何形状也是可能的。

直线轴承108还包括同心定位以用于围绕轴110和中轴线114并保持与轴成滑动接触的护套118。在该实例中，护套118为环形且包括多个沿其内表面规则定位的凹槽(未示出)。这样的配置允许护套118沿中轴线114和轴110在两个方向上移动，且同时产生少量摩擦并在护套移动发生时促进空气输送。护套118和/或直线轴承108可由一个或多个低摩擦材料(如，特氟龙)所构成以促进这种运动。替代地，护套118和/或轴110的外表面可覆盖有一个或多个低摩擦材料。

随着从中轴线114沿径向向外横贯，耦合器120同心围绕中轴线和护套118并将电磁感应的运动平移至隔膜122。耦合器120包括内表面121A，其通常沿中轴线114面向上方和正方向；以及与内表面相对的外表面121B，其通常沿中轴线面向下方和负方向。内表面121A面向圆顶、隔膜、围绕物和框架的部分，而外表面121B则面向可操作用于驱动扬声器输出的组件，其包括磁铁、磁极片、线圈部分和套管。下面进一步地详细描述了这些组件的操作和设计。

磁铁124同心围绕耦合器120、护套118和轴110。在所示的实施方案中，磁铁124具有通过其***耦合器120、护套118和轴110的部分的中心孔126。特别地，通过中心孔126形成的磁铁124的内表面被固定至耦合器120的外表面，这可通过各种合适的方式(例如，胶合、焊接等)而进行。因此，磁铁124为环形的且具有后表面128，其在该实例中基本上(例如，在几毫米内)与耦合器120和护套118的下端相平齐。

在所示的实施方案中，磁铁124由包括钕、铁和硼(例如，Nd₂Fe₁₄B)的合金构成且因此可被认为是具有相对高磁通密度的永久磁铁。就这点而言，可提供具有降低的质量的磁铁，其生成与由不同材料(例如，铝镍钴合金)所构成的其他较高质量的永久磁铁相同的磁场强度。然而，用于磁铁的其他材料组成仍处于本公开的范围内，其包括但不限于铝镍钴合金、陶瓷、铁素体和钐钴。磁铁124的质量降低可进一步增加扬声器100的输出，这是因为扬声器的输出部分地受限于其移动部件的质量。如下面进一步详细描述的，磁铁124与其他元件一起提供磁场，其便于将电信号电磁换能为磁铁沿中轴线114的运动。由于磁铁124经历了沿中轴线114的运动，因此该运动可随后通过耦合器120和护套118而被传送至生成声波振动的隔膜122。

前极片132和后极片134被分别固定至磁铁124的后表面128和磁铁的前表面130。在该实施方案中，前和后极片132和134为环形的、由铁所构成的并且是铁磁性的。然而，其他材料组件也是可能的。前和后极片132和134补充磁铁124生成的磁场且因此提高扬声器的效率。在该实施方案中，前和后极片132和134包括平坦部分，其与磁铁124的相对侧成面共享接触；以及成角度的部分，其向中轴线114向内成角度并背离磁铁124。

如图1所示，前和后极片132和134具有变化厚度的三角形横截面。随着其向中轴线114沿径向向内横贯，每个极片的厚度减小。该配置可使磁场强度增加且同时由于包含极片而限制质量的增加。其它几何形状和配置也是可能的；在其他的实施方案中，极片可以是环形的以及随着极片沿径向向内横贯不会发生变化的厚度。可对极片进行其他的修改。例如，极片可用铜套包覆以减少扬声器产生的音频及其电感中的失真，其可扩大可操作扬声器产生的频率范围。然而，在一些实施方案中，可省略前和后极片以减少扬声器中的移动质量。

扬声器100还包括线圈136，其包括第一线圈部分138和第二线圈部分140。通常，可操作线圈136以响应于接收电信号而沿中轴线114(与前和后极片132和134、耦合器120、隔膜122和护套118一起)在磁铁124中感应运动。更特别地，在线圈136接收到的电信号中的变化可与磁铁124产生的磁场进行交互以生成力且从而生成在磁铁中的移动，其随后可被传送至隔膜122以产生可听见的声音。

在所示的实施方案中，第一和第二线圈部分138和140为环形的且同心围绕磁铁124。第一和第二线圈部分中的每一个均包括多个线绕组，例如，其可由铜或铝所构成。第一线圈部分138的多个线绕组被配置成在与第二线圈部分140的多个线绕组被配置成指引电流的方向相反的方向上指引电流。

现在转向图2，其示意性地示出沿中轴线114所取的扬声器100的横截面的前视图，其示出扬声器的驱动单元201。特别地，以示意图的形式示出第一线圈部分138的线绕组202、第二线圈部分140的线绕组204和其附件，其表示可在整个线圈部分中的相反方向上指引电流的一个示例性配置。发送线206形成线圈136的初始部分，在该实例中其与中轴线114对齐而垂直下降。然后，将发送线206关于中轴线114在顺时针的方向上盘绕预定次数，其终止于跨越第一和第二线圈部分之间的垂直空间210的垂直线部分208。垂直线部分208随后发起第二线圈部分140的线绕组204，其按与第一线圈部分138的线绕组202缠绕的方向相反的逆时针方向进行缠绕。在该实施方案中，第一和第二线圈部分140中的线绕组的数量相等，然而不同数量的绕组也是可能的。线圈部分中的绕组数量可根据各种需要的扬声器特征而发生变化。接着，第二线圈部分140终止于返回线212，其在图2的页面中被示意性地示为现有的扬声器100。发送和返回线206和212可被供给至合适的适配器(例如，标签)，载有电信号的引线可被连接至该合适的适配器(例如，标签)。在该实施方案中，第一和第二线圈部分138和140因此被电性串联在一起并以异相位缠绕。替代地，第一和第二线圈部分138和140可以是电性平行的。

第一和第二线圈部分138和140在相反的方向上进行缠绕，从而使响应于在发送和返回线206和212进行的电信号的接收而通过每个线圈部分赋予磁铁124的力大致在相同的方向上。利用这种双线圈配置有助于使扬声器的功率最大化且同时减少重量。被施加至载流线的洛伦兹力定律阐明了这种优点。在垂直于外部磁场(B)的方向上的沿线(其长度为L)的载有电流(i)的载流线上的力的大小等于(i*L*B)。在这里，通过使用永久磁铁(例如，磁铁124)而减少的磁场B的大小可通过增加L，即载流线的长度而进行补偿。在所示的实施方案中，这是通过使用两个线圈部分而实现的，其也通过减少磁性材料的所需数量而降低了成本。通过使用钕磁铁可进一步有助于增加扬声器的输出且同时减少质量。

将理解的是，在图2中示意性示出的配置仅用于说明的目的且不旨在以任何方式进行限制。为了清楚起见，放大了图2中所示的该配置中的一些方面，如第一和第二线圈部分138和140的外表，从而说明其结构和缠绕方向。此外，第一和第二线圈部分138和140在缠绕时可被固定至各种位置。例如，在缠绕期间，线圈部分可被胶合至线圈壳体216的内表面214(其可能对应于下述套管142的面向线圈的表面)或被胶合至壳体102的紧邻的表面。更进一步地，发送线206、返回线212和第一和第二线圈部分138和140可由单个连续线或两个或多个分开的但却电耦合的线所构成。

可经替代的线圈配置使通过第一和第二线圈部分138和140而赋予磁铁124的力大致相对齐。例如，可提供未在相反的方向上缠绕的线圈部分。为了使通过线圈部分赋予的力大致对齐，电流本身可在一个线圈部分中沿与电流在另一个线圈部分中流动方向相反的方向流动。可通过用相对于彼此以反相操作的分开的各自的放大器驱动每个线圈部分而实现线圈部分之间的相反的电流流动。在该实施方案中，包括每个线圈部分的线绕组未进行电耦合，而是具有其自己的发送和返回引线的单独元件。

如图1和2所示，第一和第二线圈部分138和140彼此之间垂直间隔一定距离(例如，如沿中轴线114所测量的)。第一和第二线圈部分138和140还同心围绕磁铁124，当静止时(例如，在未将电信号供给至线圈部分的时间内)，其可使其本身位于线圈部分的中心，如图1所示。在这些静止的时间内且当通过线圈部分驱动磁铁时，由于磁铁和下述磁性套管的磁性，磁铁充当柔性可压缩的磁性弹簧。就这点而言，扬声器100缺少将以其他方式灵活地恢复磁铁偏转的定心支片(或在典型的扬声器方式中为音圈偏转)。因此，可避免在定心支片中发生的问题(例如，材料疲劳、变形等)。相对于采用定心支片的扬声器来说，在扬声器中的移动元件(例如，护套118、耦合器120、磁铁124等)可能会经历扩大的运动范围。由于这些组件在其运动中相对较少地受到限制，因此隔膜122和其产生的声输出也可能是这种情况。然而，其中采用和耦合定心支片或其他柔性保持器的实施方案也是可能的，例如在前极片132的上部和隔膜122的下部之间采用和耦合定心支片或其他柔性保持器。

第一和第二线圈部分138和140也可在从中轴线114沿径向向外横贯的方向上与磁铁124(以及极片132和134)间隔开来。如图2所示，该间隔体现在磁铁和线圈部分之间设置的环形间隙218。可基于各种所需的参数选择环形间隙218的大小；例如，可使环形间隙的大小最小化以减少在磁铁124和第一和第二线圈部分138和140之间的绝热空气的数量，从而增加扬声器的散热能力。

图1和图2所示的双线圈配置的其他方面增加了在扬声器100中的散热。然而，在其他的扬声器的设计中，线圈通常经历运动并将其平移至隔膜以产生声音，第一和第二线圈部分138和140则被保持在相对于壳体102的固定位置上。就这点而言，消散在线圈部分中生成的热量则更简单和更有效。此外，由于双线圈配置提供了更大的线圈表面积，因此增加了第一和第二线圈部分138和140所生成的热量分布。由于可以更有效地在扬声器100中消散热量，因此可增加扬声器的最大输出。

如图1和2所示，扬声器100还包括套管142，其被***线圈136和壳体102的内部之间并与其相接触。在几何学上，在该实例中的套管142为薄环或环形物，其具有跨越第一和第二线圈部分138和140高度的高度以及线圈部分相分离的垂直距离(例如，沿中轴线114)。套管142可由材料，如铁所构成且是铁磁性的。由于其接近其他磁性元件(例如，磁铁124、第一和第二极片132和134等)，套管142形成磁路的返回部分。在该磁路中，一些朝向磁铁124右侧的磁场线可从磁铁的北极延伸出来、向上和向右通过第一线圈部分138并延伸至套管142中、向下通过套管142、向左和向上通过第二线圈部分140并返回至位于其南极的磁铁中。通过为磁铁142的北极和南极提供磁通返回路径，设置了可偏转的磁性弹簧，其允许磁铁在电流存在的情况下偏转并在没有电流的情况下自然地恢复中性定位。

继续看图1，在上面介绍的耦合器120被***套管142和磁铁124之间且被配置成将在磁铁中感应的运动传送至隔膜122，从而生成声波。耦合器120具有后端144，其在该实例中基本上与磁铁124的后端平齐(例如，在5mm内)。从其后端144延伸，耦合器120包括同心围绕轴110的上部和中轴线114的圆柱段146。随着沿中轴线114向上横贯，圆柱段146结合漏斗段148，其以平滑连续的方式向外成扇形。特别地，随着中轴线114向上横贯，漏斗段148的内径增加。

在所示的实施方案中，控制耦合器120的垂直位置和隔膜沿中轴线偏转的程度的沿中轴线114的护套118的垂直位置保持在直线轴承108沿轴110的范围中。该范围为轴110的总高度的一个防止部件的移动总成延伸过低或过高的子集，且可通过包括但不限于在护套118和轴之间的摩擦、隔膜122的刚度和其至围绕物156的耦合等的多种参数而进行限定。

在上耦合器圆周150上，耦合器120被固定至隔膜122和圆顶152。在几何学上，在该实例中的圆顶152为截顶的球形，然而其他几何形状也是可能的(例如，抛物线的)。圆顶152保护扬声器100的组件，这些组件驱动隔膜122并防止否则将直接或间接损坏这些组件的材料(例如，灰尘和其他杂物)进入。

如上所述，隔膜122为被配置成通过响应于被施加至线圈136的电信号推动紧邻空气而生成声波振动的圆锥形且光滑的膜。在该实施方案中，隔膜122为凹的，其朝中轴线114向内成角度且具有随着中轴线向上横贯而增加的直径。然而，如下所述，其他布置也是可能的。圆顶152和隔膜122可以由相同的材料(例如，纸)或不同的材料构成。

被固定至第一(例如，后)端的耦合器120的隔膜122被进一步地固定至在内隔膜圆周154上的第二(例如，前)端的围绕物156，该围绕物在扬声器的前端106周围沿圆周方向延伸。在该实例中，围绕物156的横截面形成大致为环形的半圆柱体且包括在其内侧上的凸缘157(例如，朝向中轴线114)，其为***围绕物和隔膜122之间的凸起台阶状的脊状物。围绕物156便于隔膜122的灵活但稳定的运动，且可有助于消散沿扬声器100的外周传播的声波。在外隔膜圆周160上，围绕物156被耦合至框架162，其占据壳体102的前部。在该实施方案中，框架162包括扁平环形圈，其具有从扁平环形圈沿径向向外的且与其相接触的垂直脊状物。

如所示和所述的，扬声器100可操作用于产生高音量的高保真音频且同时通过使用磁铁124驱动在隔膜122中的运动而减少重量并尽量减少重型材料(如钢)的使用。扬声器100的操作头上空间可通过各种散热优化，如在空间上固定的线圈而进一步地增加。可在包括但不限于家用音响***、音乐厅、运动场等的多个环境和场景中实现这些优点。扬声器100还与大范围的现有音响设备相兼容且不需要具体到其设计的信号处理以实现上述优点。然而，也可进行独特的信号处理以优化音频输出。

可对扬声器100进行各种修改。例如，耦合器120和隔膜122可一体形成为单一的整体连续的单元。图3示出整体耦合器-隔膜302的一个实施方案的剖视图，其与可分别是图1所示的围绕物156和框架162的围绕物304和框架306部分在一起。由于具有图1所示的隔膜122，在该实例中，整体耦合器-隔膜302包括平滑过渡至漏斗段310的圆柱段308。与整体耦合器-隔膜302的总高度相比，沿中轴线114测量的圆柱段308的高度相对较小且具有为了适于***护套和轴承的轴(未示出)，如图1所示的护套118和轴110而具有合适大小的直径。在一些实施方案中，圆柱段308的高度可能小于漏斗段310的高度。

在所示的实施方案中，漏斗段310具有随着中轴线114以平滑的方式向上横贯而增加的直径。因此，漏斗段310在端部接近的圆柱段308具有比其在相对端部的直径更小的直径。漏斗段310的曲率可采取各种形式，如抛物线或双曲线形式，其可被选择以用于各种声学和/或包装的原因。在前端312，漏斗段310的几何形状随后平滑过渡至且连续地结合隔膜314。在该实例中，隔膜314为圆锥表面，其具有随着中轴线114向上横贯而增加的直径。例如，隔膜314可以是图1所示的隔膜122。

整体耦合器-隔膜302可通过各种合适的方式而形成且可包括各种材料。在一些实施方案中，用注塑成型的塑料形成整体耦合器-隔膜。在其他实施方案中，用旋压或拉制铝形成整体耦合器-隔膜。尽管整体耦合器-隔膜302呈现漏斗状的几何形状，但其他几何形状也是可能的且可基于各种所需的参数而进行选择。

图4示出与围绕物404和框架406部分一起的倒置耦合器-隔膜402的一个实施方案的剖视图，其可分别是图1中的围绕物156和框架162。在所示的实施方案中，倒置耦合器-隔膜402包括具有倒置漏斗状几何形状的倒置耦合器408，该倒置漏斗状几何形状包括平滑过渡至其直径随中轴线114向下横贯而增加的倒置漏斗段412的圆柱段410。顶点414指出耦合器408的围绕部分(从顶点沿径向向内和向外的围绕部分)沿中轴线114向上弯曲的区域。在耦合器408的后端416，从顶点414沿径向向外，耦合器被结合至耦合器的突出曲率中止处的相对平坦的圆锥形隔膜418。与其他扬声器的配置(例如，图1中的扬声器100)相比，在后端416的耦合器408的直径可能相对较大，且隔膜418的大小相应减少。

例如，倒置耦合器-隔膜402可以是在关于中轴线的基本上倒置方向上进行取向的图3所示的整体耦合器-隔膜302且可按上述方式而形成(例如，连续地或分开地)。在该实施方案中，感应运动并从而感应声波振动的扬声器组件可被连续地定位在与其在图1所示的方向相反的方向上。为了说明这种定位，在图4中示意性地示出包含磁铁、双线圈部分和直线轴承的轴。在这里，关于耦合器408的圆柱段410对磁铁进行中心定位。为了清楚起见，所示的磁铁处于相对于其周围的线圈部分的偏转状态中。特别地，磁铁的前(例如，在图中为上部)表面可基本上与耦合器408的前端420相平齐。磁铁可被其最后面(例如，相对于中轴线114的最下面)可沿径向与耦合器408的漏斗段412的区域交叉的垂直分开的线圈部分同心围绕。线圈部分的前表面(例如，相对于中轴线114的最上面)可在接近其至围绕物404的附件的区域或在围绕物404的最高点上方的区域与隔膜418交叉。与图1所示的非倒置扬声器100特别是耦合器120进行进一步的对比，倒置耦合器408包括内表面408A，其通常沿中轴线114面向下方和负方向；以及与内表面相对的外表面408B，其通常沿中轴线面向上方和正方向。内表面408A特别面向圆顶(未示出)、隔膜418、围绕物404和框架406的部分，而外表面408B则面向上述的电磁驱动的组件，其包括磁铁和线圈部分。如图所示，可操作隔膜418以经其至倒置耦合器408的附件行进直线轴承的轴的基本长度，而不会接触扬声器电机的下部线圈部分或另一区域。

将理解的是，图1和2中所示的额外组件可与倒置耦合器-隔膜402组合在一起以形成扬声器，如护套、套管、磁铁极片等。与非倒置的配置相比，根据该实施方案的倒置扬声器的配置可产生具有减小的包装空间的更紧凑的轮廓。

图5示出包括凹的隔膜504、被耦合至其的倒置耦合器506和多个被布置在隔膜表面上的几何特性508的扬声器502的一个实施方案的立体图。特别地，多个几何特性508包括八个从倒置耦合器506的弯曲的漏斗状表面向外沿径向延伸至围绕物512的波纹510的部分为三角形的肋片，举例来说，围绕物512可以是图1所示的围绕物156。在该实例中，肋片508跨越隔膜504的直径且具有随着肋片从中轴线沿径向向外延伸而减少的高度(例如，如沿中轴线114所测量的)。肋片508还包括与耦合器506的外表面等高的弯曲基部(例如，基部514)。使耦合器506的几何形状与肋片508的基部的几何形状相匹配可提供结构稳定性以及不会对声学性能产生不利影响的接合外观。

肋片508可与隔膜504和耦合器506中的一个或两个一体形成或可形成为单独的元件且随后进行附接。将理解的是，可在隔膜504的表面上布置各种数量的多种几何特性，可出于各种美学和声学的原因对其进行选择。由于耦合器506的几何形状可能会发生变化，因此被附至耦合器的几何特性的基部也可能发生变化，从而使其连接表面保持彼此等高的状态。

在所描绘的实施方案中，如图1中所示的扬声器100，隔膜122在围绕物156的前表面164的下方以内凹的方式延伸。由于扬声器100包括非倒置的耦合器120，因此对耦合器、隔膜122、磁铁124和线圈136进行定位，从而使在磁铁和隔膜中感应的运动生成向围绕物156的前表面164传播的声波振动(例如，沿中轴线114向上)。然而，其他布置也是可能的。

现在转向图6，其示出倒置扬声器602的一个实施方案的立体图。与上面所示和所述的实施方案进行对比，倒置扬声器602包括倒置隔膜604，其在倒置围绕物608的前表面606的上方以外凸方式延伸，而隔膜则被固定至倒置围绕物608上。随着中轴线114沿正方向横贯(例如，在图6中为向上和向右)，倒置隔膜604的直径减小。相反地，倒置围绕物608向中轴线114以内凹方式延伸且具有半圆柱体的几何形状，其提供了***扬声器的环形框架609和凸起的倒置隔膜604之间的对比凹陷的区域。

倒置扬声器602还包括非倒置耦合器(未示出)，其具有直径随着中轴线114向上横贯(例如，沿正方向)而增加的漏斗段。此外，凸起的向外延伸的圆顶610被固定至隔膜604的前端612且与中轴线114相对齐。如参照图1中的圆顶152所述的，圆顶610保护隔膜604和其他内部扬声器组件且可由与形成隔膜的材料相同的材料所构成。在一些实施方案中，圆顶610可具有与隔膜604相比相对明显的曲率且可具有形成扬声器602的最凸起部分的点614。换句话说，沿中轴线114测量的点614的高度可超越扬声器602中所有其他点的高度。使用这种配置对扬声器602进行配置，从而使在磁铁(未示出)中感应的运动生成背离围绕物608的前表面606传播的声波振动。扬声器602可提供减小的包装空间，而不会对声学性能产生不利影响。

图7示出围绕扬声器704的壳体702的一个实施方案的立体图。壳体702向扬声器704的各种组件给予保护，提供一些组件可被固定至其的稳定结构，增加扬声器中的散热并提供接合外观。为了便于散热，壳体702可由导热材料，如铝所构成。作为进一步协助散热和增强美观的外形，壳体702包括后表面705，其具有被多个规则隔开的中空部分708中断的连续区域706。在该实例中，八个楔形中空部分规则地中断连续区域706且具有随着中空部分向中轴线114沿径向向内横贯而减少的宽度。因此，在该配置中，后表面705的更大部分为中空的而非实心的，其赋予连续区域706辐条状的几何形状，该几何形状具有多个其宽度随辐条沿径向向外横贯而增加的矩形轮廓的辐条(例如，辐条710)。

中空部分提供了开放区域，通过该开放区域，在线圈部分(未示出)中生成的且被转移至壳体702的热量可当隔膜被致动时经隔膜(未示出)的泵送运动而被消散至外部周围的空气中。作为非限制性实例，通过壳体702包围的扬声器704可被安装在汽车的内部门板中。将会以其他方式被视为隔膜的事物被视为光滑且等高的扬声器壳体。进一步地，图6所示的扬声器602可被壳体702所包围，然而壳体702也可适应于非倒置的扬声器。

现在转向图8，其示出散热器结构802的一个实施方案的立体图。散热器结构802被示作被固定至扬声器808的壳体806的后表面804，在所描绘的实例中示出了其中的一部分。在这里，壳体806的后表面804是通过具有散热器结构802的本体810被固定至的平坦表面的圆盘807所形成的。在散热器结构802的后部区域(例如，在图8中朝向中轴线114的下端)，本体810包括圆形基部812，其直径基本上与圆盘807的直径类似(例如，在几厘米内)，然而这些直径也可适当地进行调整。基部812可充当额外的散热结构可被固定至其的表面，然而该基部可随意地省略以减少质量。本体810还包括核心814，其为具有上部圆锥段815的圆柱结构。核心814被固定至在其后端的基部812且被进一步地固定至在其与后端相对的前端的圆盘807。在一些实施方案中，核心814的至少一部分可以是空心和环形的以减少扬声器的重量。

被耦合至散热器结构802的本体810的为多个散热片816，其可以与本体一体形成(例如，经铸造而实现)。散热片816为扁平的部分为矩形的元件，其基本上与从中轴线沿径向向外延伸并在后表面804的下方向下延伸的中轴线114的相对齐。如图所示，散热片816的内边缘可以是弯曲的且与核心814的外表面，特别是上部圆锥段815等高，从而使散热片的径向长度在与圆锥段交叉的高度上减少。散热片816可进一步地具有接近基部812的形成斜面的下边缘(例如，形成斜面的边缘818)。然而，散热片816的几何形状是作为一个说明性实例的且不旨在以任何方式进行限制。可使用增加散热表面积的多种散热片几何形状。

由于具有壳体806，因此散热器结构802由可包括元素，如铝、铁、硅、锰、镁、钨和碳的导热材料所构成。特别地，散热片816显著地增加壳体806的表面积且从而增加了其能够实现的散热量。这种壳体806中的散热是通过由隔膜泵送运动而导致的在扬声器808周围和在整个扬声器808中的空气移动而进行强化的。通常，散热器结构802被配置成消散因磁铁移动(例如，当磁铁124被致动时在磁铁124中的运动)所生成的热量和/或在线圈部分(例如，第一和第二线圈部分138和140)中生成的热量。就这点而言，散热器结构802可被说成与线圈部分成热接触。进一步地，如上所述，在一些实施方案中，线圈部分可被耦合至壳体806的表面并与其成直接接触。在这种配置中，壳体806可被说成是与线圈部分成直接热接触。

图1-8所示的配置通常描绘出根据本公开的实施方案的移动磁铁和双线圈扬声器的元件。图1示出这种扬声器的一个实施方案，而图2则示意性地示出可操作用于驱动图1所示扬声器的电磁驱动单元的元件。图3示出可被耦合至图1所示的围绕物、磁铁和护套且可被驱动以产生声波振动的集成耦合器-隔膜的一个实施方案。图4示出可与被布置在倒置配置中以产生倒置扬声器的电磁驱动单元相结合使用的倒置耦合器-隔膜的一个实施方案。图5示出包括多个被形成在其隔膜的前表面上的肋片的非倒置扬声器的一个实施方案。可在图1、3和4中所示的隔膜的表面上形成类似的肋片。图6示出可与倒置驱动单元一起结合图4所示的倒置隔膜的倒置扬声器的一个实施方案。图7示出位于壳体中的扬声器的实施方案。扬声器可以是图6所示的倒置扬声器。图8示出被固定至扬声器，如图1所示的扬声器的散热器结构的一个实施方案。按比例绘制图1和3-8以说明根据本公开的实施方案，然而也可使用其他相对的尺寸。

现在转向图9，其示出阐明根据本公开的实施方案的一种用于驱动具有双线圈和移动磁铁的扬声器的方法900的流程图。例如，可根据方法900驱动在图1和6中分别示出的扬声器100和602，然而其他扬声器也可根据该方法进行驱动。

在该方法900的902，将电信号指引至在相反方向上的一对线圈。在一些实施方案中，该对线圈可包括在第一方向(例如，顺时针方向)上缠绕的第一线圈部分以及与第一线圈部分垂直分开且在与第一方向相反的第二方向(例如，逆时针方向)上缠绕的第二线圈部分。这种反向缠绕的线圈可由具有被分别连接至源自音频源(例如，立体声放大器)的引线的返回端和发送端的单一导线(例如，由铜所构成)所形成。替代地，该对线圈可包括通过各自的相对于彼此以反相操作的放大器驱动的电隔离的线圈部分。

接下来，在该方法900的904，在被该对线圈同心围绕且被垂直***其中的永久磁铁中感应沿中(例如，垂直)轴线的运动。特别地，从通过线圈部分传播的指引电信号所产生的磁场与从永久磁铁发出的磁场进行交互以沿中轴线在磁铁中感应运动。例如，感应的磁铁运动可经直线轴承而被约束至中轴线。直线轴承可包括嵌入扬声器壳体中的轴，其套管与轴成滑动接触且被耦合至磁铁。

接下来，在该方法900的906，该对线圈被保持在固定位置上且同时在磁铁中感应运动。与其他扬声器和电声换能器的配置相对比，从贯穿线圈传播的音频源接收到的电信号在磁铁而非线圈中感应运动。在该配置中，由于对线圈进行固定定位，因此可更有效地进行冷却，排除了对定心支片的需要，由于磁铁质量的降低而减少的扬声器输出可用双线圈进行补偿，且可消除线圈对紧邻表面的摩擦。

然后，在该方法900的908，通过将磁铁中感应的运动赋予扬声器中的隔膜生成声波振动。这可通过将感应的运动从磁铁传送至被固定至磁铁的耦合器并经隔膜至耦合器的连接将该运动传送至隔膜而实现。以这种方式，隔膜可振动且从而响应于被施加至双线圈的电信号而产生声波振动。

接下来，在该方法900的909，生成回复力并将回复力经同心围绕磁铁的磁性套管(例如，图1中的套管142)传送至磁铁。如上所述，磁性套管提供用于从磁铁延伸的磁通线的返回路径，其允许将磁铁作为在静止时(例如，在未将电信号施加至线圈的时间)自然假定中性位置的磁性弹簧而进行操作。

最后，在该方法900的910，通过磁铁中感应的运动而在扬声器中生成的热量经被固定至扬声器壳体的散热器结构而消散。该热量也可通过壳体本身进行消散。散热器结构和壳体均可由导热材料，如铝所构成。散热器结构可包括多个散热片，其增加了结构和壳体的表面积且从而增加散热。

通过用包括固定双线圈和移动磁铁的电磁驱动单元驱动扬声器，可使扬声器的输出最大化，且同时使潜在的退化点和磁铁质量最小化。在一些配置中，可通过其他方式成为扬声器输出的限制因素--使磁铁而非线圈成为可移动元件的事物便于在高音量上再现高保真，且同时允许更有效地消散在线圈中生成的热量。由于线圈保持不动，因为需要便于引导的线圈运动的定心支片膜，因此排除了线圈对紧邻表面的摩擦。通过在双重配置中采用更大的线圈长度，进一步地减少磁铁质量以增加扬声器的输出。在一些实施方案中，可使用由高磁通密度的材料，如钕合金所构成的磁铁。

为了进行说明和描述，已提供了实施方案的描述。对实施方案的适当修改和变型可鉴于上面的描述而执行或可通过实践该方法而获得。例如，除非另有说明外，可通过合适的装置和/或装置的组合而执行所述方法中的一个或多个。除了在本申请中所描述的顺序外，也可并行和/或同时按各种顺序执行所述方法和相关联的动作。所述的***本质上是示例性的且可包括额外的元件和/或省略元件。本公开的主题包括各种***和配置以及所公开的其他特性、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

如在本申请中所使用的，以单数引用的以及用单词“一个”或“一种”描述的元件或步骤应被理解为不排除该元件或步骤的复数形式，除非规定了这种排除以外。另外，对本公开的“一个实施方案”或“一个实例”的参照不旨在被解释为排除也结合所引用特性的额外实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签且不旨在对其对象强加数值要求或特定位置顺序。下面的权利要求特别地根据上述公开指出被认为是新颖的和非显而易见的主题。

Claims (20)

1.一种电磁换能器，其包括：

被配置成生成声波振动的隔膜；

被固定至所述隔膜的移动磁铁；

一对围绕所述移动磁铁的固定线圈，所述固定线圈被配置成在相反的方向上指引电流；

磁性套管，所述磁性套管通过所述磁性套管的面向线圈的表面直接连接到所述固定线圈的至少一部分上并且通过所述磁性套管的另一表面连接到所述电磁换能器的壳体上，所述磁性套管被配置成通过提供用于所述磁铁的磁通线的返回路径而对磁铁移动生成回复力；以及

散热器结构，所述散热器结构通过所述磁性套管与一对固定线圈热接触。

2.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中，所述磁性套管同心围绕所述磁铁。

3.根据权利要求1所述的电磁换能器：

其中，所述壳体至少部分包围所述电磁换能器；以及

其中，所述散热器结构被固定至位于所述电磁换能器后端的所述壳体的后表面。

4.根据权利要求3所述的电磁换能器，其中所述散热器结构包括多个散热片，该散热片被配置成消散由于磁铁移动而生成的热量。

5.根据权利要求3所述的电磁换能器，其中所述固定线圈以相反的方向缠绕。

6.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中所述固定线圈是通过各自的放大器驱动的，所述放大器相对于彼此互成反相。

7.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中，所述壳体至少部分包围所述电磁换能器；并且所述电磁换能器还包括：

被固定至所述壳体的后端并穿过所述磁铁的孔而沿中轴线延伸的直线轴承，在所述固定线圈上接收电信号后，所述磁铁立即经由所述直线轴承经历沿所述中轴线的感应的运动。

8.根据权利要求1所述的电磁换能器，其还包括被分别布置在所述磁铁的前表面和后表面上的前极片和后极片。

9.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中所述隔膜在围绕物的前表面下方内凹延伸，所述围绕物被固定至所述隔膜。

10.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中所述隔膜在围绕物的前表面上方外凸延伸，所述围绕物被固定至所述隔膜。

11.根据权利要求1所述的电磁换能器，其还包括被固定至所述隔膜和所述磁铁的耦合器。

12.根据权利要求1所述的电磁换能器，其中，所述壳体至少部分包围所述电磁换能器，所述壳体包括通过多个规则隔开的中空部分而中断的连续后表面。

13.根据权利要求1所述的电磁换能器，其还包括与所述隔膜一体形成的耦合器，所述一体形成的隔膜和耦合器由注塑成型的塑料和拉制铝中的一种所构成。

14.一种电磁换能器，其包括：

被固定至壳体的围绕物；

被固定至所述围绕物的隔膜，所述隔膜被配置成产生声波振动；

被固定至所述隔膜的耦合器；

被固定至所述耦合器的永久磁铁，所述永久磁铁具有与中轴线相对齐的孔；

包括第一线圈部分和第二线圈部分的线圈，所述第一和第二线圈部分同心围绕所述永久磁铁，且被配置成响应于以相反的方向指引电信号而关于所述中轴线在所述永久磁铁中感应运动；

围绕所述永久磁铁的磁性套管，所述磁性套管被***到所述线圈和所述壳体的内部之间并且通过所述磁性套管的面向线圈的表面接触所述线圈并且通过所述磁性套管的与面向线圈的表面相对的表面接触所述壳体的内部；

散热器结构，所述散热器结构被固定于所述壳体的后表面并且通过所述磁性套管与线圈热接触；以及

连接到所述磁铁上的直线轴承，所述直线轴承将感应的运动约束至所述电磁换能器的中轴线上。

15.根据权利要求14所述的电磁换能器，其中所述第一线圈部分和所述第二线圈部分被保持在相对于所述壳体的固定位置上。

16.根据权利要求14所述的电磁换能器，其中，所述耦合器、所述永久磁铁和所述第一和第二线圈部分定位成使得在所述永久磁铁中感应运动且所述隔膜生成向围绕物的前表面传播的声波振动，所述围绕物被固定至所述隔膜。

17.根据权利要求14所述的电磁换能器，其中，所述耦合器、所述永久磁铁和所述第一和第二线圈部分定位成使得在所述永久磁铁中感应运动且所述隔膜生成远离围绕物的前表面传播的声波振动，所述围绕物被固定至所述隔膜。

18.根据权利要求14所述的电磁换能器，其还包括多个位于所述隔膜表面上的肋片，所述多个肋片从耦合器向外沿径向延伸至围绕物的波纹，所述隔膜在第一端处被固定至所述耦合器且在第二端处被固定至所述围绕物。

19.一种用于驱动电磁换能器的方法，其包括：

通过一对线圈以相反的方向指引电信号；

经被指引的电信号和永久磁铁产生的磁场而在所述永久磁铁中感应运动，感应的运动经直线轴承而被约束至中轴线，所述直线轴承被固定至壳体的后表面；

利用磁性套管通过提供用于所述永久磁铁的磁通线的返回路径而对磁铁移动生成回复力，所述磁性套管直接连接到所述一对线圈和所述电磁换能器的壳体上，

将所述一对线圈保持在固定的位置上；

通过将所述感应的运动赋予被耦合至所述永久磁铁的隔膜而生成声波振动；以及

将所述一对线圈中产生的热量通过所述磁性套管传送给所述壳体并且通过所述壳体传送给散热器结构。

20.根据权利要求19所述的方法，其还包括：

经被固定至所述壳体的所述后表面的散热器结构消散由于感应的永久磁铁的运动而生成的热量。