磁路和扬声器 【技术领域】
本发明涉及磁路和扬声器，并具体地涉及只包括没有磁轭的磁体的磁路、以及对使用此磁路的扬声器的改进，其中，所述磁路薄而轻，并且具有对于振动方向地对称结构。
背景技术
通常，在专利文献1中公布一种薄型扬声器或用于扬声器的磁路，其中，以相同极性S，S(N，N)互相相对地布置薄的圆盘形或圆环形的两片磁体，并且位于两片磁体之间的是由非磁性材料制成的隔板。
图1示出在专利文献1中公布的扬声器的垂直剖视图，其中，磁路包括：在上和下表面方向上磁化的第一和第二圆环形磁体1和1，其中，所述磁体的相同极性如S，S(N，N)的磁化表面布置得互相相对，并且在所述磁体之间的是由非磁性圆盘形材料制成的隔板6；以及从膜片5垂下到隔板6的外圆周的线轴，其中，在线轴上缠绕音圈3。进一步地，在隔板6大致中央的位置上，由上述借助圆柱形隔板的相同小磁路形成的第三和第四圆盘形磁体1a和1a在上和下表面方向上磁化，所述磁体的相同极性如S，S(N，N)的磁化表面布置得互相相对，并且在所述磁体之间的是由非磁性圆盘形材料制成的隔板6a，而且，线轴从膜片5a垂下到隔板6a的外圆周，在线轴上缠绕音圈3a，以形成同轴型扬声器。包括膜片5、5a和边缘4、4a的振动系统由框架7固定。
进一步地，在专利文献2中公布一种扬声器，其中，通过在互相排斥的磁方向上布置两片磁体而形成相斥磁场；在此相斥磁场中布置大致缠绕在音圈线轴的外圆周中间上的音圈；膜片的内圆周部分连接到此音圈的外圆周的中央；而且，以上音圈线轴的外圆周的两个端部由以互相间隔布置的两片卸减器支撑；并且，以对称形状形成此音圈的支撑系统，其中，与音圈轴向正交的中心轴是对称轴。
图2为示出在专利文献2中公布的扬声器中磁路附近的音圈的缠绕方法的示意图，其中，通过在互相排斥的磁方向上布置两片磁体1b、1b而形成相斥磁场，并且，在所述磁体之间的是隔板6。在此磁路中，在磁体1b和1b之间的漏磁通φ1部分产生强磁场，而在磁体1b和1b周围的每个漏磁通φ2和φ3部分产生相反方向的磁场。
那么，如图2所示，通过在音圈线轴8的外圆周排成一列布置在大致与一个磁体1b相对应的位置上缠绕的第一线圈3a、在大致与隔板6相对应的位置上缠绕的第二线圈3b和在大致与另一磁体1b相对应的位置上缠绕的第三线圈3c而形成音圈3。进一步地，如图2中箭头所示，第一和第三线圈3a和3c的缠绕方向是与第二线圈3b的缠绕方向相反的方向。
通过在由磁体1b和1b以及隔板6形成的相斥磁场中布置音圈3，从位于产生强磁场的漏磁通φ1部分中的第二线圈3b获得驱动力，并且，通过位于产生相反方向磁场的每个漏磁通部分φ2和φ3中的第一和第三线圈3a和3c获得驱动力。从而，在公布的扬声器中，利用更薄和更轻的构成磁路的部分，可获得较大的驱动力，并且，通过在线圈中相互产生的电感减小效应，可获得恒定的阻抗特性，从而，可有效地改进高频区域。
然而，上述每种常规技术都具有以下结构：在音圈线轴8的内侧布置包括磁体1、1a和1b以及隔板6的磁路，其中，隔板6由非磁性或铁磁性材料制成。从而，需要支撑磁路的结构，并且，不能获得具有对称振动系统的扬声器，其中，所述振动系统的对称中心轴与音圈3的中心轴方向正交。结果，在膜片5和5a的振动方向上没有对称，这导致声信号失真。
为了获得振动方向对称的振动系统，考虑形成内磁型磁路，其中，由使相同极性互相相对的两片框型或圆环型磁体1、1a、1b形成框型或圆环型磁路，在所述磁体之间的是由非磁性或铁磁性材料制成的框型或圆环型隔板，在框型或圆环型磁路中布置音圈。
在此种磁路结构的扬声器中，通过从外侧支撑框型或圆环型磁路的外圆周部分，有可能获得在振动方向上具有对称结构的扬声器。
然而，在框型或圆环型磁路中，磁通聚集在框型或圆环型磁路的外圆周，并且，此磁通变得没有用处，因为它对驱动扬声器根本不起作用。
进一步地，在此磁路中，当使用由非磁性材料制成的隔板6时，不能有效地提取出磁体1、1a、1b所具有的磁能(有效磁通)。
进而，尽管当使用由铁磁性材料制成的隔板6时可有效地提取出磁能，但是，当使用具有较大磁能的磁体时，由铁磁性材料制成的隔板6的磁通密度是饱和的，这导致难以有效地提取出有效磁通。
专利文献1：日本出版的实用新型专利申请H2-30957(图1)
专利文献2：日本出版的专利申请H6-233384(图5和6)
【发明内容】
为了解决上述问题，已经进行了本发明，并且，本发明的目的是获得一种薄而轻并具有对称振动系统的扬声器，并且相应地提供一种可获得高音质的扬声器，其中，所述振动系统的对称中心轴与音圈的中心轴方向正交。
本发明的另一目的是通过在其磁路径非闭合的薄而轻磁路中有效地使用强漏磁通而提高磁体的利用率，并且提供一种没有磁通饱和现象的磁路，所述磁通饱和现象是由构成磁路的元件(隔板、板、磁轭等)造成的。
本发明的还一目的是提供一种磁路和扬声器，其中，组合多个线圈以减小音圈输入阻抗中的电感分量，从而，扩大恒定输入阻抗扬声器和膜片的振动幅度。
本发明的第一方面是一种包括至少三层磁体的磁路，其中，在互相排斥的磁方向上布置第一层的第一磁体和第三层的第三磁体，以及，布置第二层的第二磁体，其极性方向与第一层的第一磁体和第三层的第三磁体的极性方向正交。
本发明的第二方面是一种扬声器，所述扬声器包括具有至少三层磁体的磁路，其中，在互相排斥的磁方向上布置第一层的第一磁体和第三层的第三磁体，以及，布置第二层的第二磁体，其极性方向布置得与第一层的第一磁体和第三层的第三磁体的极性方向正交。
本发明的第三方面是一种扬声器，其中，构成磁路的第一至第三磁体每一个都是圆环形或具有多边形框的形状，并且，缠绕在线轴上的音圈或没有线轴的音圈布置得与第二层的第二磁体相对。
本发明的第四方面是一种扬声器，其中，在与第二层的第二磁体相对的线轴上缠绕的第二音圈的缠绕方向与第一音圈和第三音圈的缠绕方向相反，所述第一音圈和第三音圈缠绕在与第一层的第一磁体和第三层的第三磁体相对的线轴上。
根据本发明第一和第二方面的磁路和扬声器，在三层的片状磁体中，第一层的第一磁体和第三层的第三磁体布置在互相排斥的磁方向上，第二层的第二磁体布置得使其极性方向与第一层的第一磁体和第三层的第三磁体的极性方向正交，其中，第一和第三层的第一和第三磁体分别位于第二层的第二磁体的顶部和底部，使得磁通可聚集在第二层的第二磁体一侧上的极性端部。在第一和第三层的第一和第三磁体中，聚集此磁通的部分是不与第二层接触的端面的极性，换句话说，所述部分是在与包括三层的磁路的顶侧和底侧(磁体极性相同)相对的极性的端部。以此方式，通过在一个部分中聚集来自构成三层的第一、第二和第三磁体的磁通而获得大磁场。进而，由于不使用具有饱和磁通密度特性的铁磁物质，如以铁材料为代表，因此，可在磁通密度饱和的区域中获得与所用第一、第二和第三磁体的磁能成比例的大磁场。
根据本发明第三方面的扬声器，缠绕在音圈线轴上的音圈布置得与在包括三层的圆环形或多边框形磁路内侧的第二层的第二磁体相对，并且，由膜片和边缘组成的大致相同的振动系统连接到音圈线轴的两端，从而，可获得具有相对于中心轴对称的振动系统的扬声器，其中，所述中心轴与音圈的中心轴方向正交。
根据本发明第四方面的扬声器，缠绕在与第二层的第二磁体相对的线轴上的音圈的缠绕方向与缠绕在与串联的第一层的第一磁体和第三层的第三磁体相对的线轴上的音圈的缠绕方向相反，从而，可获得输入阻抗中具有小电感分量的扬声器。进一步地，由于使第一和第三音圈的缠绕方向相反而形成音圈，因此，与所述音圈相对的第二层的第二磁体的驱动力方向以及第一和第三音圈的驱动力方向变为相同的方向，其中，第一和第三音圈与第一和第三层的第一和第三磁体相对，第一和第三磁体的磁通具有与第二层的第二磁体相反的方向，从而，尽管扬声器薄而轻，也可获得足够的驱动力。
在本发明中，由于使用三片磁体的极性来形成磁路，因此，可获得极其薄和轻的扬声器和磁路。
进一步地，由于大致在音圈线轴外圆周的中央缠绕音圈并且对称振动系统连接到此音圈的两端，因此，可获得高音质的扬声器和磁路。
进而，在与各个磁体相对的位置上在音圈线轴上缠绕第一、第二和第三线圈，并且，在与第一和第三层的第一和第三磁体相对的位置上缠绕的第一和第三线圈的缠绕方向与在与第二层的第二磁体相对的位置上缠绕的第二线圈的缠绕方向相反，因此，第二线圈从第二层的第二磁体获得驱动力，并且，第一和第三线圈从第一和第三层的第一和第三磁体的周围部分获得驱动力，在此部分，发生相反方向的磁场，从而，可获得薄而轻但具有足够驱动力的磁路和扬声器。
而且，使扬声器的输入阻抗的电感分量减小，改进高频特性，并且，不使用具有磁通密度饱和特性的铁磁物质作为磁路的一部分，从而，可获得即使使用具有相当大磁能的磁体也不发生磁通密度饱和现象的磁路和扬声器。
【附图说明】
图1为常规扬声器的垂直剖视图；
图2为示出在常规扬声器的磁路附近的音圈的缠绕方法的示意图；
图3为根据本发明实施例的扬声器的局部剖面透视图；
图4为图3所示磁路的磁通分布图；
图5为示出根据本发明实施例的磁路和扬声器的磁通分布的计算结果的图表；
图6为根据本发明另一实施例的扬声器的局部剖面透视图；
图7为图1和2所解释常规扬声器中磁路的磁通分布图；以及
图8为示出常规磁路和扬声器的磁通分布的计算结果的图表。
【具体实施方式】
以下结合图3-8详细解释本发明的磁路和扬声器的实施例。图3为根据本发明实施例的扬声器的局部剖面透视图；图4为图3所示磁路的磁通分布图；图5为示出根据本发明实施例的扬声器和磁路的磁通分布的计算结果的图表；图6为根据本发明另一实施例的扬声器的局部剖面透视图；图7为图1和2所解释常规扬声器中磁路的磁通分布图；图8为示出常规磁路和扬声器的磁通分布的计算结果的图表。
[实施例1]
以下基于附图解释本发明的实施例。图3示出在振动方向上具有对称振动系统的扬声器实施例的局部剖面透视图，所述扬声器实施例使用本发明的三层磁结构的磁路。在图3中，数字10代表整个扬声器，它表示使用磁路的实例，所述磁路包括圆环形磁体，并且，所述磁路对于构成磁路的音圈19的中心轴X-X是对称的。第一层的第一圆环形磁体11以及第三层的第三圆环形磁体13布置在互相排斥的方向上，并且在第一磁体和第三磁体的厚度方向如N，S(S，N)和S，N(N，S)中磁化。第二层的第二磁体12形成为比第一和第三磁体11和13更厚的圆环形磁体，并且在与第一层的第一磁体11和第三层的第三磁体13的磁化方向正交的方向上磁化，其中，第一磁体11和第三磁体13在第二磁体12的顶部和底部，而且，例如，内径一侧是负极性S，外径一侧是正极性N。
进一步地，如图3所示，对于磁体的极性，第二层的第二磁体12的磁极被磁化，从而，内径一侧上的极性变为负极S，此极性是与在第一层的第一磁体11的顶侧上的正极N和第三层的第三磁体13的底侧上的正极N相反的极性，由此在圆环形磁体内径一侧上获得高磁通密度(大磁场)。
上述磁化方法在以下情况中采用，所述情况为：形成在音圈外圆周一侧上布置磁路的外磁型扬声器；以及相反，形成在音圈内圆周一侧上布置磁路的内磁型扬声器，为了在圆环形磁体外圆周一侧上获得高磁通密度(大磁场)，第二层的第二磁体12的磁极被磁化，从而，外径一侧上的极性变为负极S，此极性是与在第一层的第一磁体11的顶侧上的正极N和第三层的第三磁体13的底侧上的正极N相反的极性，由此在圆环形磁体外径一侧上获得高磁通密度(大磁场)。
以具有向上凸面的圆环形状形成的上扬声器边缘15的外圆周通过粘附剂等固定到靠近第一层的第一磁体11的上表面一侧上的内径，其中，上扬声器边缘15支撑上侧膜片14；而且，以具有向下凸面的圆环形状形成的下扬声器边缘17的外圆周通过粘附剂等固定到靠近第三层的第三磁体13的下表面一侧上的内径，其中，下扬声器边缘17支撑下侧膜片16。
在大致为圆盘形的上侧膜片14和下侧膜片16的中心轴X-X的外圆周，通过粘附剂固定音圈线轴18，其中，在音圈线轴18上缠绕音圈19。音圈19布置得与第二层的第二磁体12相对，并且，当音频信号电流在音圈19中流动时，通过此电流与磁路所产生的磁通之间的相互作用而产生驱动上和下侧膜片的驱动力。
此时，当上和下侧膜片14和16以及上和下侧扬声器边缘15和17制作为大致相同的形状时，可在振动方向上构造对称振动系统，以获得具有优秀音质的扬声器。
在上述实施例中，尽管使用由第一、第二和第三圆环形磁体11、12和13形成的磁路对上和下侧膜片进行解释，但不必说，磁路也可具有其它任意的框架形状。进一步地，很明显，在外磁型的情形中可以采用圆盘形。
图4示出根据本发明的磁路的每个漏磁通φ10、φ11的磁力线。示出磁路中相对中心轴X-X对称的部分。包括三层圆环形第一、第二和第三磁体11A、12A和13A的磁路在第一层的第一磁体11A排斥第三层的第三磁体13A的方向上磁化，并且在厚度方向上磁化。第二层的第二磁体12A在与第一层的第一磁体11A和第三层的第三磁体13A的磁化方向正交的方向上磁化，其中，第一层的第一磁体11A和第三层的第三磁体13A布置在第二层的第二磁体12A的顶侧和底侧。
进一步地，对于图3所示磁体11、12和13的极性，第二层的第二磁体12A的磁极被磁化，从而，内径一侧的极性变得与第一层的第一磁体11A的上表面和第三层的第三磁体13A的下表面的极性相反。
上述构造的磁路的每个漏磁通φ10、φ11的磁通密度分布在下面与图7磁路进行比较计算，其中，图7磁路对应于图1的常规磁路。
图4中磁通密度分布表示以下情形：在布置音圈18的部分上计算数值，即，在距离第一、第二和第三磁体11A、12A和13A的内圆周0.3mm的位置上借助有限元方法计算所述数值。用于所述计算的磁体是NEOMAX-32(由Sumitomo Special Metals Co.制造)，其中，第一层的第一磁体11A和第三层的第三磁体13A每一个都具有内径40mm、外径56mm和厚度2mm，并且，第二层的第二磁体12A具有内径40mm、外径56mm和厚度5mm。
可以理解，上述磁路的每个漏磁通φ10、φ11的磁力线聚集在第二层的第二磁体12A的内圆周部分。来自第二磁体12A的内径一侧上负极S的磁力线流入第一和第三磁体11A和13A的正极N一侧，其中，在内径一侧上的磁通密度分布较高，而在外径一侧上的磁通密度分布较低。
图5以图表示出在上述磁路中漏磁通(φ10、φ11)的磁通密度分布的计算结果，其中，水平轴表示第一、第二和第三磁体11A、12A和13A的音圈18一侧上的距离D，而垂直轴表示磁通密度，从此曲线25还应理解，在第一和第三磁体11A和13A附近的磁通密度以及第二磁体12A的磁通密度平均较大。
图7示出与图4所示本发明磁路的磁通密度分布进行比较的比较实例，并且，图7示出由常规磁体形成的磁路的磁力线，其中，所述常规磁体具有与图1相似的相斥磁场。示出相对中心轴X-X对称的磁路部分中的磁路，所述磁路具有由两个磁体和一个铁磁体形成的三层。在此磁路中，第一层的第一磁体11B和第三层的第三磁体13B在互相排斥的方向上磁化，并在厚度方向上磁化。第二层由圆环形板30形成，其中，圆环形板30由铁磁性材料制成。
计算此情形的磁通密度分布。在布置音圈的位置上(距离磁体内圆周0.3mm)借助有限元方法计算数值。用于所述计算的磁体是NEOMAX-32(由Sumitomo Special Metals Co.制造)，其中，铁磁材料为S15C，第一层的第一磁体11B和第三层的第三磁体13B每一个都具有内径40mm、外径56mm和厚度2mm，第二层的由铁磁性材料制成的圆环形板30具有内径40mm、外径56mm和厚度5mm。
图8的曲线20示出在具有图7相斥磁场的磁体的磁路中磁通密度分布的计算结果。磁路的磁力线表示磁通聚集在第二层的由铁磁性材料构成的圆环形板30的内和外圆周部分。与本发明中图4所示磁路相比，在具有常规相斥磁场的第一和第三磁体11B和13B的磁路中，在内侧和外侧21、22、23和24两个方向的部分中出现具强磁通的区域，并且，由于在一个方向21、23或22、24上的磁通不用作驱动力，因此，磁体的使用效率下降。在每个磁通用作驱动力的情形中，因需要采用两个音圈而导致结构变复杂，而且，在振动方向上不能轻易获得对称振动系统，因为需要提供在音圈线轴内侧的磁路，这成为问题。另一方面，根据本发明，由于强磁通区域只出现在第二层的第二磁体12A的内径一侧上，因此，提高磁体的使用效率。
在上述实施例中，尽管磁力线聚集在第二层的第二磁体12、12A的内径一侧上，但是，通过放置其极性方向相反的第二层的第二磁体12、12A，可使磁力线聚集在外径的外侧。可替换地，当第一和第三层的第一和第三磁体11、11A和13、13A的极性相反(11和13被分别磁化为S-N和N-S，并且，12的内径一侧和12的外径一侧分别被磁化为S和N)时，磁力线可聚集在外径一侧上。
[实施例2]
图6为示出根据本发明的三层磁体结构的另一实施例的磁路和扬声器的垂直剖视图。在图6所示实施例中，使用相对中心轴X-X对称的圆环形磁路。第一层的第一磁体11C和第三层的第三磁体13C在互相排斥的方向上磁化，并且在其厚度方向上磁化。第二层的第二磁体12C在与第一层的第一磁体11C和第三层的第三磁体13C的磁化方向正交的方向上磁化，其中，第一层的第一磁体11C和第三层的第三磁体13C布置在第二层的第二磁体12C的顶侧和底侧。
进一步地，如图6所示，在第二层的第二磁体12C的内径一侧上的极性被磁化，变为与第一层的第一磁体11C的上表面和第三层的第三磁体13C的下表面的极性相反，从而，圆环形磁体的内径一侧上的磁通变大。
上侧扬声器边缘15C通过粘附剂固定到第一层的第一磁体11C的上表面上，其中，上侧扬声器边缘15C支撑上侧膜片14C，而且，下侧扬声器边缘17C通过粘附剂固定到第三层的第三磁体13C的下表面上，其中，下侧扬声器边缘17C支撑下侧膜片16C。音圈线轴18C垂直地悬挂在上侧膜片14C的外圆周和下侧膜片16C的外圆周之间并通过粘附剂固定，音圈线轴18C包括：在音圈线轴18C几乎中间的外圆周上缠绕的音圈19CB；以及在音圈线轴18C两端上以相反方向缠绕的音圈19CA和19CC。
音圈19CB布置得与第二层的第二磁体12C相对，并且，音圈19CA和19CC布置得分别与第一层的第一磁体11C和第三层的第三磁体13C相对。每个音圈19CA、19CB和19CC串联，并且，当音频信号电流流入每个音圈19CA、19CB和19CC中时，通过在此电流和磁路所产生的磁通之间的相互作用而在振动系统中产生驱动力。
在上述构造中，如图5的曲线25所示，由于在第二层的第二磁体12C的部分中产生强磁场并且在第一层的第一磁体11C和第三层的第三磁体13C的部分中发生相反方向的磁场，因此，在图6所示实施例中，在每个音圈19CA、19CB和19CC中发生相同方向的驱动力。
根据本发明，由于使用三片磁体的极性来构造磁路，因此，可获得薄而轻的磁路和扬声器。进一步地，由于几乎在音圈线轴外圆周的中央缠绕音圈以形成连接到此音圈两端上的对称振动系统，因此也可获得高品质的声音。进而，在与各个磁体相对的位置上，在音圈线轴上缠绕第一、第二和第三线圈，并且，在与第一层和第三层的第一和第三磁体相对的位置上缠绕的第一和第三线圈的缠绕方向与在与第二层的第二磁体相对的位置上缠绕的第二线圈的缠绕方向相反，以形成音圈。结果，第二线圈从第二层的第二磁体获得驱动力，并且，第一和第三线圈从第一和第三层的第一和第三磁体附近的部分获得驱动力，在第一和第三磁体附近发生相反方向的磁场，从而，能以薄而轻的结构获得足够的驱动力。而且，可减小扬声器输入阻抗的电感分量，以改进高频特性。进一步地，具有磁通密度饱特性的铁磁性物质不用作磁路的元件，从而，可获得即使使用具有相当大磁能的磁体也不发生磁通密度饱和现象的磁路和扬声器。
本发明的磁路不仅可应用于扬声器，而且可应用于：包括在诸如头戴受话器、耳机、助听器的装置中的电声换能器的动电型和电磁型磁路；包括在诸如麦克风、发送器和接收器的装置中的声电换能器的动电型和电磁型磁路；以及电动机、发电机等的转子和定子。进一步地，尽管针对磁体为圆环形的情形进行解释，但磁体的形状也可制作为具有多边形外形和内径的框架。
已经结合附图描述了本发明的优选实施例，应该理解，本发明不局限于这些特定实施例，并且，只要不偏离后附权利要求定义的本发明精神或范围，本领域技术人员就可对本发明进行各种改变和修改。