CN105376681A - 一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，属于电声换能器技术领域。包括设于外壳(12)上端面的平面螺旋线圈(1)，与平面螺旋线圈连接的线圈电极对引线(5)，以及紧密嵌入在外壳内的硅基片(4)；硅基片内部嵌有永磁圆环(6)，硅基片上表面镀有逆磁致伸缩效应薄膜(3)，下表面镀有正磁致伸缩效应薄膜(10)；硅基片通过耦合器(9)与音膜(7)连接，耦合器竖直通过设于外壳内的导向环(11)。本平面线圈驱动式薄膜型扬声器频响快、能量传输密度高、带载能力强、应变大，可以显著提高扬声器的稳定性、灵敏度、保真度和音质；同时显著减小了扬声器的体积，便于集成化且；具备良好的介电性能和高频绝缘性，工作性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种扬声器，具体是一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，属于电声换能器技术领域。
背景技术
随着电声技术的迅猛发展，扬声器作为高保真电声***中的核心元件，现已广泛的应用于影视广播和互联通信等诸多领域。扬声器的工作原理是一种把交流音频信号转变为声信号的换能器件，其性能的优劣对音质的影响很大。按驱动方式的不同可以把扬声器分为电磁式、动圈式、静电式和压电式。
但是目前在现有技术中，电磁式需要特定的磁场发生单元，体积较大，难以在多媒体高保真电声***中实现集成化；静电驱动式对电压的要求比较高，难以实现常规电路控制；压电驱动式存在漂移和电击穿等现象，使其应用受到限制。平面线圈驱动式薄膜型扬声器的执行元件采用超磁致伸缩薄膜，具有驱动频率高、响应速度快、应变大、能量传输密度高等优异性能；通过平面螺旋线圈对其进行驱动，有效的减小了扬声器的体积。因此本发明具有频响高、体积小、易于微型化、音质好等优越特点，便于集成化且工作性能稳定。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，具有驱动频率高、响应速度快、应变大、能量传输密度高、音质好的优异性能；显著的减小扬声器的体积；便于集成化且工作性能稳定。
为了实现上述目的，本平面线圈驱动式薄膜型扬声器包括设于外壳上端面的平面螺旋线圈，与所述平面螺旋线圈连接的线圈电极对引线，以及紧密嵌入在外壳内的硅基片；
所述硅基片的内部嵌有永磁圆环，所述硅基片的上表面镀有逆磁致伸缩效应薄膜，下表面镀有正磁致伸缩效应薄膜；
所述硅基片通过耦合器与音膜连接，所述耦合器竖直通过设于外壳内的导向环。
进一步，所述平面螺旋线圈通过硅基微细加工工艺和微电铸工艺沉积种子层铜制成，所述平面螺旋线圈上涂覆有绝缘保护层。
进一步，所述逆磁致伸缩效应薄膜为SmFe合金，所述正磁致伸缩效应薄膜材料为TbDyFe合金，所述逆磁致伸缩效应薄膜与正磁致伸缩效应薄膜均设有两片，通过射频磁控溅射法镀于所述硅基片的两侧表面上。
进一步，所述逆磁致伸缩效应薄膜和正磁致伸缩效应薄膜与外壳和导向环之间均留有间隙。
进一步，所述永磁圆环通过微机电加工工艺嵌入在硅基片的内部。
进一步，所述硅基片由具有高张力材质的圆盘形硅薄片制成。
进一步，所述音膜由良好拉伸屈服度的聚丙烯材料制成，于所述音膜的下方设置有防尘罩。
进一步，所述外壳是由玻璃-硅-玻璃通过键合工艺制成。
与现有技术相比，本平面线圈驱动式薄膜型扬声器具有以下有益效果：
1、本发明与现有的扬声器相比，利用超磁致伸缩薄膜作为执行元件，具有频响快、能量传输密度高、带载能力强、应变大等特点，因此可以显著提高扬声器的稳定性灵敏度、保真度、音质等工作性能；
2、本发明采用平面螺旋线圈作为驱动元件，不但结构简单而且可以显著的减小了扬声器的体积，便于实现与多媒体硬件***的集成；
3、本发明以聚丙烯为音膜材料，除了拉伸强度高以外，还具备良好的介电性能和高频绝缘性，可以有效的提高扬声器的工作稳定性。
附图说明
图1是本发明的主体结构示意图；
图2是本发明的立体结构分解示意图；
图中：1、平面螺旋线圈，2、绝缘保护层，3、逆磁致伸缩效应薄膜，4、硅基片，5、线圈电极对引线，6、永磁圆环，7、音膜，8、防尘罩，9、耦合器，10、正磁致伸缩效应薄膜，11、导向环，12、外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本平面线圈驱动式薄膜型扬声器包括设于外壳12上端面的平面螺旋线圈1，与所述平面螺旋线圈1连接的线圈电极对引线5，以及紧密嵌入在外壳12内的硅基片4；
所述硅基片4的内部嵌有永磁圆环6，所述硅基片4的上表面镀有逆磁致伸缩效应薄膜3，下表面镀有正磁致伸缩效应薄膜10；
所述硅基片4通过耦合器9与音膜7连接，所述耦合器9竖直通过设于外壳12内的导向环11。
所述永磁圆环6产生恒定的偏置磁场，不仅能够有效的避免“倍频效应”，而且可以使逆磁致伸缩效应薄膜3与正磁致伸缩效应薄膜10的伸缩系数处在较好的线性范围之内。当给平面螺旋线圈1通入交流音频电流时，平面螺旋线圈1会产生交变的磁场，逆磁致伸缩效应薄膜3与正磁致伸缩效应薄膜10会在交变的磁场中变化弯曲，从而使硅基片4上下振动，同时带动音膜7振动。
进一步，所述平面螺旋线圈1通过硅基微细加工工艺和微电铸工艺沉积种子层铜制成，所述平面螺旋线圈1上涂覆有绝缘保护层2。线圈电极对引线5从绝缘保护层2中穿出，绝缘保护层2能够有效保护平面螺旋线圈1不裸露在空气中而出现被氧化、锈蚀等失效的现象。
进一步，所述逆磁致伸缩效应薄膜3为SmFe合金，所述正磁致伸缩效应薄膜10材料为TbDyFe合金，所述逆磁致伸缩效应薄膜3与正磁致伸缩效应薄膜10均设有两片，通过射频磁控溅射法镀于所述硅基片4的两侧表面上。SmFe合金与TbDyFe合金均为超磁致伸缩材料，具有能量传输密度高、响应速度快、驱动频率高、带载能力强和应变大等特点。
进一步，所述逆磁致伸缩效应薄膜3和正磁致伸缩效应薄膜10与外壳12和导向环11之间均留有间隙。可以有效减小设于外壳12上的平面螺旋线圈1产生的磁场在逆磁致伸缩效应薄膜3及正磁致伸缩效应薄膜10的轴向上的磁场影响。
进一步，所述永磁圆环6通过微机电加工工艺嵌入在硅基片4的内部。
进一步，所述硅基片4由具有高张力材质的圆盘形硅薄片制成。
进一步，所述音膜7由良好拉伸屈服度的聚丙烯材料制成，于所述音膜7的下方设置有防尘罩8。保证了音膜7自身在高频下具有较好的振动和快速响应的性能，同时采用防尘罩8能够对音膜7起到防护作用。
进一步，所述外壳12是由玻璃-硅-玻璃通过键合工艺制成。
本平面线圈驱动式薄膜型扬声器的具体工作原理如下：
永磁圆环6产生恒定的偏置磁场，逆磁致伸缩效应薄膜3与正磁致伸缩效应薄膜10在该偏置磁场的作用下具有良好的稳定性和工作特性。当对平面螺旋线圈1通入大小变化的交流音频电流时，平面螺旋线圈1在该电流的作用下产生一个磁场强度大小变化的交变磁场，当交变磁场在正向增大时，正磁致伸缩效应薄膜10在其作用下逐渐伸长，逆磁致伸缩效应薄膜3逐渐缩短，使硅基片4向下弯曲，通过耦合器9带动音膜7向下振动；当交变磁场正向逐渐减小为零并继续反向增大时，正磁致伸缩效应薄膜10在其磁场作用下逐渐缩短，逆磁致伸缩效应薄膜3逐渐伸长，使硅基片4逐渐恢复原长并向上弯曲，通过耦合器9带动音膜7向上振动。
随着交流音频电流的大小不断变化，产生的交变磁场的场强方向和大小也在不断变化，从而使硅基片4带动音膜7上下不断的振动，实现扬声器的发声。交流音频电流的频率和大小不同，音膜7振动的频率和幅度也不同。采用超磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应薄膜3与正磁致伸缩效应薄膜10具有能量传输密度高、响应速度快、驱动频率高、带载能力强和应变大等特点，可以实现音膜7在高频下的振动和快速响应，提高扬声器的音质和保真度，适用于在多媒体高保真电声***中实现集成化。
综上所述，本平面线圈驱动式薄膜型扬声器频响快、能量传输密度高、带载能力强、应变大，可以显著提高扬声器的稳定性、灵敏度、保真度和音质；同时显著减小了扬声器的体积，便于集成化且；具备良好的介电性能和高频绝缘性，工作性能稳定。
Claims (8)
1.一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
包括设于外壳(12)上端面的平面螺旋线圈(1)，与所述平面螺旋线圈(1)连接的线圈电极对引线(5)，以及紧密嵌入在外壳(12)内的硅基片(4)；
所述硅基片(4)的内部嵌有永磁圆环(6)，所述硅基片(4)的上表面镀有逆磁致伸缩效应薄膜(3)，下表面镀有正磁致伸缩效应薄膜(10)；
所述硅基片(4)通过耦合器(9)与音膜(7)连接，所述耦合器(9)竖直通过设于外壳(12)内的导向环(11)。
2.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述平面螺旋线圈(1)通过硅基微细加工工艺和微电铸工艺沉积种子层铜制成，所述平面螺旋线圈(1)上涂覆有绝缘保护层(2)。
3.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述逆磁致伸缩效应薄膜(3)为SmFe合金，所述正磁致伸缩效应薄膜(10)材料为TbDyFe合金，所述逆磁致伸缩效应薄膜(3)与正磁致伸缩效应薄膜(10)均设有两片，通过射频磁控溅射法镀于所述硅基片(4)的两侧表面上。
4.根据权利要求1或3所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述逆磁致伸缩效应薄膜(3)和正磁致伸缩效应薄膜(10)与外壳(12)和导向环(11)之间均留有间隙。
5.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述永磁圆环(6)通过微机电加工工艺嵌入在硅基片(4)的内部。
6.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述硅基片(4)由具有高张力材质的圆盘形硅薄片制成。
7.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述音膜(7)由良好拉伸屈服度的聚丙烯材料制成，于所述音膜(7)的下方设置有防尘罩(8)。
8.根据权利要求1所述的一种平面线圈驱动式薄膜型扬声器，其特征在于，
所述外壳(12)是由玻璃-硅-玻璃通过键合工艺制成。
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