用于工業(yè)發(fā)明的本專利申請涉及一種慣性電聲換能器單元。

背景技術(shù)：

如目前所知，傳統(tǒng)的揚聲器包括連接到音圈的膜，該音圈在由一個固定磁性單元產(chǎn)生的空氣間隙中移動。所述膜的振動產(chǎn)生聲音。

日本專利公開JPS60 25910中公開了一種傳統(tǒng)的揚聲器，它包括連接到單個圓柱形支撐件的膜。第一線圈和第二線圈安裝在單個圓柱形支撐件的端部。兩個磁性單元產(chǎn)生用于兩個線圈的對應(yīng)的空氣間隙。

每個磁單元是傳統(tǒng)類型的，并且包括極芯、環(huán)形磁體和極板。磁流被設(shè)置在每個磁性單元的空氣間隙中從而將線圈的圓柱形支撐件居中。因此這樣的揚聲器不提供相對于該磁性單元將線圈的圓柱形支撐件居中的任何彈性懸掛。

磁性單元鎖定在適當位置并且線圈的圓柱形支撐件能夠振動從而使固定到圓柱形支撐件上的膜振動。

最近，慣性電聲換能器(通常被稱為激勵器或搖動器)已經(jīng)變得流行，以替代傳統(tǒng)的膜揚聲器。

激勵器包括固定到凸緣上的線圈，該凸緣固定到剛性元件上。定心裝置支撐磁性單元，從而該磁性單元產(chǎn)生空氣間隙，其中所述線圈被定位并且所述磁性單元能夠相對于所述線圈移動。因此，振動在固定到產(chǎn)生聲音的激勵器的凸緣上的剛性元件中傳播。

因此，慣性電聲換能器基于一個相對于傳統(tǒng)的擴音器完全不同的操作原理。激勵器被配置為，磁性單元移動，而線圈的筒狀支撐件保持靜止。相反，傳統(tǒng)的揚聲器被配置為，線圈的圓柱形支撐件移動，而磁性單元保持靜止。因此，那些打算制作慣性電聲換能器的本領(lǐng)域?qū)＜也粫紤]傳統(tǒng)的揚聲器。

相同申請人的專利文獻WO2011/029768中公開了一種激勵器。圖1示出了根據(jù)WO2011/029768的激勵器，其通常用標號(100)表示。

激勵器(100)包括安裝在圓柱形支撐件(10)上的線圈(1)。圓柱形支撐件(10)固定到凸緣(2)上。凸緣(2)包括一個中央軸環(huán)(20)，所述線圈的圓柱形支撐件(10)固定于中央軸環(huán)(20)上。所述凸緣(2)被固定到剛性元件(例如由剛性材料制成的面板，在圖1中未示出)，其將被置于振動中以產(chǎn)生聲音。

凸緣(2)連接到定心裝置(3)，所述定心裝置(3)包括支持磁性單元(4)的彈性懸架。磁性單元(4)包括具有基座(41)的杯體(40)和具有邊界(46)的側(cè)壁(42)，它們界定出圓柱形殼體，磁體(43)和極板(44)被布置于圓柱形殼體中。

磁體(43)具有圓柱形形狀，并且居中設(shè)置在杯體(40)座內(nèi)，并固定在杯體(40)的基座(41)上。極板(44)具有圓柱形形狀，并固定在磁體(43)上。極板(44)具有自由表面(45)，與杯體的側(cè)壁的邊界(46)齊平。

磁體(43)和極板(44)具有比所述杯體(40)座小的直徑。因此，在磁體(43)和極板(44)的外部側(cè)表面與杯體的側(cè)壁(42)的內(nèi)部側(cè)表面之間產(chǎn)生具有環(huán)形形狀的空氣間隙(T)。

磁性單元(4)被定心裝置(3)保持，從而將線圈(1)設(shè)置在空氣間隙(T)中。

定心裝置(3)包括固定到凸緣(2)的外圓柱(30)和固定到杯體(40)的內(nèi)圓柱(31)。外圓柱(30)比內(nèi)圓柱(31)高。定心裝置的外圓柱(30) 通過彈性柔性輻條(32)被連接到內(nèi)圓柱(31)，從而內(nèi)圓柱(31)被布置在外圓柱(30)內(nèi)的同心位置。鑒于上述情況，磁性單元(4)能夠相對于所述線圈的圓柱支撐件(10)在軸向方向上、沿與該線圈的圓柱支撐件軸線重合的軸線(A)移動。

這種類型的激勵器受到在諧波失真方面的一些缺點的影響。

如公知的，通常在慣性電聲換能器中使用的上述磁回路，不會在空氣間隙中和在空氣間隙外部區(qū)域的附近提供恒定的磁感應(yīng)場。

為了解釋這種情況，讓我們考慮一個假想的圓柱形表面，例如圓柱支撐件(10)的區(qū)域，具有等于極板(44)高度的2倍的高度，相對于極板(44)的高度在沿軸向方向上對稱地定位，從而所述圓柱形表面在極板(44)的平面表面、上表面和下表面(45)的投影長度相同。

磁場的徑向線(與所述圓柱形表面垂直相交并且是對磁性單元相對于所述線圈運動有用的成分)一般不是均勻的，并在超過極板(44)高度的兩個圓柱形表面區(qū)域是恒定的。這是由磁性系統(tǒng)的幾何布置引起的，并且可以通過儀器和軟件仿真系統(tǒng)來評估。

當磁性單元(4)以箭頭(F1)的方向向上移動時，磁性單元離開線圈(1)。相反，當磁性單元(4)以箭頭(F2)的方向向下移動時，磁性單元接近線圈(1)。這些移動影響從極板(44)的邊界(46)突出的前述圓柱形表面區(qū)域，其中磁場線不恒定，產(chǎn)生了機械振動發(fā)生和聲音再生的失真。因此，發(fā)生諧波失真。

總諧波失真(THD)是一個衡量總諧波失真的衡量單位，當評估需要再生高保真音頻節(jié)目的音頻裝置的質(zhì)量時，必須重點考慮總諧波失真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過公開一種具有低諧波失真的慣性電聲換能 器單元以消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

本發(fā)明的另一目的是公開這樣一種慣性電聲換能器單元，其能以減小的徑向尺寸來處理高功率音頻信號。

這些目的是根據(jù)本發(fā)明第一方案具有的特性來實現(xiàn)的。

有利的實施例記載在從屬方案中。

本發(fā)明的慣性電聲換能器單元包括：第一激勵器和第二激勵器。每個激勵器都包括：

-線圈，由固定到凸緣的圓柱形支撐件支撐，

-磁性單元，包括具有基座和側(cè)壁的杯體，其界定出空腔，其中磁體和極板被設(shè)置于空腔中，從而生成一個環(huán)形空氣間隙，和

-定心裝置，具有固定到所述凸緣的外圓柱、固定到所述杯體的內(nèi)圓柱，從而使得線圈設(shè)置在磁性單元的空氣間隙中，并且還具有彈性輻條，其將所述外圓柱連接到定心裝置的所述內(nèi)圓柱，從而當線圈被電流供電時所述磁性單元能夠相對于與線圈的支撐件的軸線重合的軸線軸向地移動。

第二激勵器相對于第一激勵器以翻轉(zhuǎn)的姿態(tài)設(shè)置。根據(jù)第一結(jié)構(gòu)，兩個杯體的基座相互面對地設(shè)置，或者根據(jù)第二結(jié)構(gòu)，兩個杯體的空腔相互面對地設(shè)置。

兩個激勵器被固定到一起或者被固定到將要進行振動的平面上，從而使得線圈的圓柱形支撐件的軸線是重合的。兩個激勵器的線圈的端部以反相進行電連接。

本發(fā)明的慣性電聲換能器單元允許最小化諧波失真并且通過在兩個激勵器之間拆分音頻信號而管理音頻信號的功率。

附圖說明

本發(fā)明的附加特征將在下面進行詳細描述，其僅僅是說明性的， 而非限制性的實施方案，其中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激勵器的軸向視圖；

圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激勵器的軸向分解視圖，其被設(shè)置為第一結(jié)構(gòu)，從而獲得根據(jù)本發(fā)明的慣性電聲換能器單元；

圖3是在組裝狀態(tài)下的圖2的慣性電聲換能器單元的改進的軸向視圖；

圖4是圖3的慣性電聲換能器單元的進一步改進的軸向視圖；

圖5是圖2的慣性電聲換能器單元的第二實施例的軸向視圖，其中兩個激勵器設(shè)置為第二結(jié)構(gòu)；

圖6是圖5的慣性電聲換能器單元的改進的軸向視圖；

圖7和圖8是顯示了圖2的慣性電聲換能器單元的兩個可能的應(yīng)用的示意側(cè)視圖，其被固定于將要進行振動的平面上；

圖9和圖10是顯示了圖5的慣性電聲換能器單元的兩個可能的應(yīng)用的示意側(cè)視圖，其被固定于將要進行振動的平面上。

具體實施方式

現(xiàn)在參考圖2，公開了根據(jù)本發(fā)明的慣性電聲換能器單元的第一實施例，其一般地由附圖標記(300)表示。

慣性電聲換能器單元(300)包括：第一激勵器(100)和第二激勵器(200)。兩個激勵器(100、200)是相同的。在下面的描述中，與之前描述部分相同或相對應(yīng)的部分采用相同的附圖標記，省略對它們的詳細描述。在以下的說明中，術(shù)語“上”和“下”是參考在附圖中的布置，也就是說，在垂直位置具有軸線(A)，可以理解，該電聲換能器單元(300)可以以任何類型的布置來設(shè)置。

參考圖2，根據(jù)第一結(jié)構(gòu)，第一激勵器(100)被設(shè)置成具有面朝下的凸緣(2)和面朝上的磁性單元的杯體(40)的基座(41)。第二激勵器 (200)相對于第一激勵器為翻轉(zhuǎn)的姿態(tài)。換句話說，第二激勵器(200)具有面朝上的凸緣(2)和面朝下的磁性單元的杯體(40)的基座(41)。兩個激勵器的杯體的基座(41)彼此面對。

每個激勵器的定心裝置(3)的外圓柱(30)具有與凸緣(2)相對的邊界(35)?？梢詫蓚€激勵器一個堆疊在另一個的頂部，從而使得定心裝置的外圓柱的邊界(35)相互阻擋并且兩個定心裝置的磁性單元的杯體(40)是在近端位置，一個面對另一個。

第二激勵器(200)固定在第一激勵器(100)上，從而使得這兩個激勵器的軸線(A)是重合的。這種固定可通過對兩個激勵器的定心裝置的外圓柱的邊界(35)進行膠粘或熱焊接而獲得，或通過例如連接器、夾具、夾子、搭扣嵌合等應(yīng)用到定心裝置的外圓柱(30)的固定裝置而獲得。

各線圈(1)的端部設(shè)置有兩個銷。兩個線圈(1)的四個銷以反相連接，從而使得激勵器的磁性單元(4)可以根據(jù)需要移動。為了獲得兩個激勵器(100、200)安裝在軸向位置這樣的結(jié)果，僅僅需要連結(jié)/焊接相應(yīng)的銷(頂部的銷與底部的銷)。

以這樣的方式，獲得了兩個激勵器的磁性單元(4)在相同方向的一致的移動。換句話說，當?shù)谝患钇?100)的磁性單元(4)以箭頭(F 1)的方向軸向地向上移動時，第二激勵器(200)的磁性單元(4)也以箭頭(F2)的方向軸向地向上移動。類似地，當?shù)诙钇?200)的磁性單元(4)以箭頭(F3)的方向軸向地向下移動時，第一激勵器(100)的磁性單元(4)也以箭頭(F4)的方向軸向地向下移動。

考慮到兩個激勵器以相對方向設(shè)置，當?shù)谝患钇?100)的磁性單元(4)離開線圈(1)時，第二激勵器(200)的磁性單元(4)接近線圈(1)。反之亦然，當?shù)谝患钇?100)的磁性單元(4)接近線圈(1)時，第二激勵器(200)的磁性單元(4)離開線圈(1)。結(jié)果是，考慮到與兩個線圈中 的電流相互作用的磁場的總和，獲得了兩個激勵器提供的慣性電聲換能器單元的磁場的高度對稱性和恒定強度。這些特性是在被由磁性單元組成的慣性質(zhì)量的軸向移動所影響的兩個激勵器的空氣間隙的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域發(fā)現(xiàn)的，并且這些特性減少了本發(fā)明的慣性電聲換能器單元(300)的諧波失真。

另外，必須考慮的是，本發(fā)明的慣性電聲換能器單元(300)能夠管理為由單個激勵器(100、200)管理的電功率的兩倍的電功率。事實上，兩個激勵器(100、200)之間的電力信號是被拆分的。在此情況下，慣性電聲換能器單元(300)的外直徑與單個激勵器的外直徑是相同的，從而減少了徑向尺寸的增量(該增量是使用大直徑電線圈的正常結(jié)果)，這對于管理增加的電功率是很有必要的。另外，更大的電線圈要求使用更大的磁回路，該磁回路作為慣性質(zhì)量并且變得更重，該磁回路不可避免地在受音頻再生影響的頻率方面改變了振動行為。

慣性電聲換能器單元(300)能夠連接至任何類型的由信號放大器組成的電源，該信號放大器適用于放大將要再生的電信號。

圖3示出了慣性電聲換能器單元(300)的改進，其包括：固定到第一激勵器(100)的凸緣(2)的第一端板(5)和固定到第二激勵器(200)的凸緣(2)的第二端板(6)。端板(5、6)優(yōu)選地分別由剛性導(dǎo)熱材料(例如金屬材料)制成，從而散發(fā)慣性電聲換能器單元(300)的線圈的圓柱形支撐件(10)的熱能。

第一端板(5)包括中央柄(50)，該中央柄(50)被壓插入線圈的圓柱形支撐件(10)中，從而堅固地將線圈的圓柱形支撐件(10)固定在第一端板的中央柄(50)與凸緣(2)的軸環(huán)(20)之間。第一端板(5)趨向于固定到需要振動以產(chǎn)生聲音的剛性元件上。

第二端板(6)包括中央柄(60)，該中央柄(60)被壓插入線圈的圓柱 形支撐件(10)中，從而堅固地將線圈的圓柱形支撐件(10)固定在第二端板的中央柄(60)與凸緣(2)的中央軸環(huán)(20)之間。第二端板的中央柄(60)是打開的并且具有通孔(61)以促進散熱。

盡管在圖3中，第一端板的柄(50)是關(guān)閉的而第二端板的柄(60)是打開的，但第一和第二端板的柄(50、60)能夠都關(guān)閉或都打開，從而得到相對于穿過兩個激勵器(100、200)的連接表面的平面的完美對稱裝置。這樣的方案通過簡單地倒置需要與將要振動的剛性元件接觸的端板(5、6)而允許使用多個裝置(同相的或不同相的)，因此為使用者簡化了裝置的調(diào)音。

圖4示出了圖3的慣性電聲換能器單元(300)的進一步的改進。在此情況下，第二端板(6)包括側(cè)壁(62)，該側(cè)壁(62)從兩個激勵器的定心裝置的外圓柱(30)延伸出來，直到其達到第一激勵器(100)的凸緣(2)的水平，不碰觸第一端板(5)。

在兩個激勵器的定心裝置的外圓柱(30)與第二端板(6)的側(cè)壁(62)之間界定出環(huán)形空氣間隙(I)，所述環(huán)形空氣間隙(I)中填滿了例如泡沫塑料材料的吸音材料(7)，從而限制任何不想要的振動。

盡管在圖4中，側(cè)壁(62)在第二端板(6)中，但很明顯，所述側(cè)壁可以在第一端板(5)中并且可以向第二端板(6)延伸。

在兩個激勵器的兩個杯體(40)的基座(41)之間設(shè)置連接部(8)，從而將基座(41)連結(jié)到一起。由此看來，磁性單元(4)一致地以相同方向移動。有利地，連接部(8)由剛性導(dǎo)熱材料(優(yōu)選為金屬材料)制成，從而允許散熱并且獲得在磁性單元的兩個杯體(40)中的熱均勻性。

相反，如果要求兩個磁性單元(4)的移動的機械阻尼，連接部(8)由例如有機硅凝膠或海綿材料的彈性材料制成，從而允許兩個磁性單元(4)的移動的機械阻尼。

有利地，慣性電聲換能器單元(300)包括：

-第一彈性緩沖器(90)，設(shè)置在第一激勵器的線圈的圓柱形支撐件(10)中，在第一端板的中央柄(50)與第一激勵器的磁性單元的極板(44)之間，和/或

-第二彈性緩沖器(91)，設(shè)置在第二激勵器的線圈的圓柱形支撐件(10)中，在第二端板的中央柄(60)與第二激勵器的磁性單元的極板(44)之間。

彈性緩沖器(90、91)由可變形的彈性材料制成，例如有機硅凝膠或海綿材料。彈性緩沖器(90、91)既用于散熱又用于在移動中抑制磁性單元的振動。

圖5示出了本發(fā)明的慣性電聲換能器單元的第二實施例，其一般地由附圖標記(400)表示，其中，兩個激勵器(100、200)設(shè)置為第二結(jié)構(gòu)。固定到定心裝置的外圓柱(30)的凸緣(2)以相反的姿態(tài)設(shè)置，一個在另一個的頂部，并且固定到一起，從而使得線圈的支撐件的軸線(A)是重合的。在此情況下，線圈的支撐件(10)在近端位置并且磁性單元的杯體(40)的基座互相面對面，反之，杯體的基座(41)在遠端位置。同樣在此情況下，線圈(1)被充電從而使得磁性單元(4)以相同方向一致地移動。

在此情況下，端板(5、6)被固定到定心裝置的外圓柱(30)的邊界(35)，端板不具有固定到線圈的支撐件的中央柄。

在線圈的圓柱形支撐件(10)的兩個極板(44)之間設(shè)置有連接部(8)，從而將極板固定在一起。在此情況下，如果有的話，連接部(8)必須由非磁性材料制成，否則由于磁體(43)的磁吸引力，不可能完成安裝。另外，在連接部中的磁性金屬材料的存在會妨礙由磁體(43)產(chǎn)生的磁場線，將其從限制在空氣間隙(T)和其周圍的“有用”場移除。

在杯體的基座(40)與固定到定心裝置的外圓柱的邊界(35)上的 相應(yīng)端板(5、6)之間設(shè)置彈性緩沖器(90、91)。

圖7示出了根據(jù)圖2的第一實施例的慣性電聲換能器單元(300)，其中第一激勵器(100)的凸緣(2)被固定到平面(P)，例如嵌板或剛性平面，該平面(P)將要振動以產(chǎn)生聲音。第二激勵器(200)以翻轉(zhuǎn)的姿態(tài)固定到第一激勵器(100)上。兩個定心裝置的兩個外圓柱的端邊界(35)被固定到一起，從而使得線圈的圓柱形支撐件(10)的軸線(A)是重合的。

圖8示出了根據(jù)圖2的第一實施例的慣性電聲換能器單元(300)，其中第一激勵器(100)和第二激勵器(200)的定心裝置的外圓柱的邊界(35)被固定到平面(P)上位于平面(P)的兩側(cè)，從而使得線圈的圓柱形支撐件(10)的軸線(A)是重合的。換句話說，將要振動的平面(P)被設(shè)置在兩個激勵器(100、200)的定心裝置的外圓柱的邊界(35)之間。

圖9示出了根據(jù)圖5的第二實施例的慣性電聲換能器單元(400)，其中第一激勵器(100)和第二激勵器(200)的凸緣(2)被固定到平面(P)上位于平面(P)的兩側(cè)，從而使得線圈的圓柱形支撐件(10)的軸線(A)是重合的。換句話說，將要振動的平面(P)被設(shè)置在兩個激勵器(100、200)的兩個凸緣(2)之間。

圖10示出了根據(jù)圖5的第二實施例的慣性電聲換能器單元(400)，其中第一激勵器(100)的定心裝置的外圓柱的端邊界(35)被固定到平面(P)，該平面(P)將要振動以產(chǎn)生聲音。第二激勵器(200)以翻轉(zhuǎn)的姿態(tài)固定到第一激勵器(100)上。換句話說，兩個激勵器的凸緣(2)被固定到一起，從而使得線圈的圓柱形支撐件(10)的軸線(A)是重合的。

在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)可以對本發(fā)明的實施例進行各種變化和改變，這些變化和改變無論如何均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。