专利名称：复合式同轴扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合式同轴扬声器，更加具体地说，涉及一种以外磁结构的低音 和内磁结构的中/高音复合于一体而配置形成的同轴扬声器。
背景技术：
扬声器，俗称喇叭，广泛应用于各类电声设备中，包括各种多媒体音响系统、电脑、 DVD、电视、电话、手机、汽车以及各种工业和民用仪器、设备的发声部件等领域。为了更清楚地阐述本发明，下面先通过附图1来说明扬声器的通用工作原理。图 1是通常的外磁式结构的扬声器示意图。在图1中，按本专业常规的表示方法，以叠加了箭 头的闭合的虚线来表示扬声器的任意一个侧视剖面的静磁回路的磁力线路径与方向。环 形永磁体2，与由软磁性材料制造的T铁1及环形的外极板(又称为外华司)3构成静磁回 路，形成环形的气隙磁场4，当置于该气隙磁场中的音频线圈22中通过音频电流时，由法拉 第电磁感应定律，气隙磁场4将与音频线圈22中的音频电流相互作用，从而驱动与音频线 圈22相联接的振膜(俗称纸盆)23振动，对外发出声音。这一逆效应亦复有效，也就是说， 当振膜23发生振动时，直接驱动所连接的音频线圈22在气隙磁场4中振动，同样由法拉第 电磁感应定律，音频线圈22中将产生音频感应电流。该逆效应就是话筒、手机、电话等设备 中，通过扬声器将声音转换成电流信号的工作原理。所以，用在这些设备中的扬声器又称为 受话器。所以在本发明以下的阐述中，凡涉及说明当音频线圈中通过音频电流时，受气隙磁 场的作用而驱动音频线圈与振膜振动，进而发声的工作原理时，就意味着同时说明了其逆 效应受话器的工作原理。由此可见，根据法拉第电磁感应定律，在扬声器的其它结构不变时，气隙磁场越 强，则音频线圈所受到的驱动力就越大，扬声器的发声效果就越好。扬声器的发声效果通常 用噪声灵敏度指标来衡量，所以，扬声器的气隙磁场越强，则灵敏度越高。所以，扬声器的核 心结构在于其气隙磁场。另外一种常规结构的扬声器如图2所示。因为通常的扬声器的各个部件如永磁 体、T铁、极板、气隙等都有简单的圆形投影轮廓，而且包括音频线圈、振膜、支架(如图1中 的20)、固定夹(如图1中的21)等在内的振动系统在本专业领域都是共知的常规结构，所 以在图2以及以下的说明中，只需给出扬声器结构的侧视图，而省略了扬声器结构的俯视 图，以及所述振动系统零部件的描述。本发明人认为，这将更加有利于简洁、明了地阐述本 发明，而不会对本发明的任何实质性内容的说明产生任何影响。在图2中，圆柱形的永磁体 8与圆柱形的垫铁9，以及杯形的外轭铁10、环形的外极板3、和圆柱形的内极板7构成静磁 回路，形成环形的气隙磁场6。由于永磁体8被完全限制在杯形的外轭铁10内，所以如图2 所示的结构通常称为内磁式扬声器；而如图1所示的结构中，永磁体2没有完全被软磁性的 轭铁所包围，永磁体2对外存在部分漏磁通，通常将其称之为外磁式扬声器。我们知道，声音是以介质波的形式传播的。通常将人耳可以分辨的音域按音波的 频率分成高音、中音和低音三段，中音段可以理解为低频音的上延伸部分与高频音的下延伸部分音波的频率越高，则波长越短。这在扬声器中表现为音波的频率越低，则音圈的 振幅越大，振膜的尺寸也越大。因此，由于产生低频率音波的扬声器(以下简称低音扬声 器)的振膜尺寸和振幅较大，需要有较大的驱动力来振动尺寸、质量较大的振膜，所以其音 圈的尺寸也较厚、较大，这就要求低音扬声器的气隙尺寸和磁场强度都要较大；相反，产生 高频率音波的扬声器(以下简称高音扬声器)的振膜尺寸和振幅较小，其振膜、音圈的尺 寸、质量都较小，所需要的振动驱动力也较小，这样，高音扬声器的气隙尺寸可以较小，但为 了保证高的噪声灵敏度，同样要求气隙磁场强度较大；产生中等频率音波的扬声器(以下 简称中音扬声器)的特征则处于高音与低音扬声器之间。从图2可以看到，圆柱形永磁体8的外径尺寸的上限受到各种限制首先，永磁体 8的外径必须小于杯形的外轭铁10的内径；其次，永磁体8的外径一般还需要小于环形气 隙6的内径以便处在气隙中的音圈可以自由地上下振动，而不至于触及永磁体而产生声音 畸变。因此，由于永磁体尺寸小，永磁体所产生的总磁通量小，如图2所示的内磁式结构的 扬声器通常只适合于制作气隙尺寸较小的中、高音发声器件。由于图1所示的外磁式结构的扬声器中的环形永磁体2的外径尺寸不受限制，永 磁体尺寸可以做得较大，永磁体所产生的总磁通量大，所以如图1所示的外磁式结构的扬 声器适合于制作要求气隙尺寸较大、气隙磁场强度较高的中、低音发声器件。当然，因为永 磁体的成本一般都比较昂贵，而如图1所示的外磁式结构的扬声器中环形永磁体2对外有 漏磁通损失，从成本上考虑，外磁式结构的扬声器不适宜于制作高音发声器件。然而，人耳可以分辨的声音总是有高音、中音和低音频率的全频带声波，如果单用 一个外磁式结构的低音扬声器作为发声器件，则声音的高频率音域段就会表现不足；同理， 若只用一个内磁式结构的高音扬声器作为发声器件，则声音的低频率音域段就会表现失 直
ο解决这一问题的通常方法是把高音扬声器和低音扬声器同时安装在一个发声设 备(如音箱)中，通过分频器把音频电流分离，将高频电流接入高音扬声器音圈，将低频电 流接入低音扬声器音圈。这样，虽然声音的音质得到了大幅度改善，但是，由于高音扬声器 和低音扬声器分别处在发声设备的不同的几何位置，发声设备所还原出来的声音与实际的 自然声音还是存在一定程度的失真。例如，一个歌唱演员的声音的全部声源都是从一张嘴 中---即一个几何点发出的，而现有的发声设备中，高音扬声器和低音扬声器处在不同的 几何位置发声，这就等同于以多张嘴发出的混合声音来模仿一张嘴发出的原声，这显然会 存在一定程度的失真。为了最大限度地还原原声，人们提出了同轴扬声器的概念将尺寸较小的高音 扬声器叠装在尺寸较大的低音扬声器中心，二者的旋转对称轴重合。已有的美国专利 U. S. Patent 3，665，124采用内磁式结构，用一个环形永磁体分别与外轭铁、环形中间极板、 和内极板形成向外和向内两个并联的静磁回路，向外的磁通部分形成低音气隙，向内的磁 通部分则形成高音气隙。这样便可实现高音与低音气隙，也就是高音音圈与低音音圈严格 同轴。但是，如前文所述，内磁式结构的扬声器中永磁体的尺寸受到限制，无法同时实现既 有较高的高音气隙磁场，又有较高的低音气隙磁场。特别是，该专利技术的环形永磁体的 内径不能小于高音气隙的外径，而环形永磁体的外径又不能大于低音气隙的内径，这就使 得该专利技术的尺寸结构受到很大限制，应用面就很少。若采用高磁性能的烧结Nd-Fe-B
4永磁体，虽然可以勉强达到有一定实用价值的高音与低音气隙磁场，但成本远远高于具有 同样高音与低音气隙磁场的两个分体式扬声器。所以，该专利自1972年公开以来，一直没 有实用化。美国专利U. S. Patent 6，639，995B2和中国专利ZL01229591. 4也采用内磁式 结构，用一个圆柱形永磁体分别与外轭铁和多个同轴配置的环形中间极板、以及内极板形 成一个串联的静磁回路，除了形成正常的一个低音气隙磁场外，还利用内极板的漏磁通部 分形成多个可用于中音和高音的气隙磁场。该技术存在两个弱点一是如前文所述，内磁 式结构的扬声器中永磁体的尺寸受到限制，无法同时实现既有较高的高音气隙磁场，又有 较高的低音气隙磁场；二是其利用内极板的漏磁通部分所形成多个可用于中音和高音的 气隙磁场的轴向深度(即音圈在气隙磁场中沿轴向的可自由振动的深度，也称为冲程)太 浅，容易造成中、高音音圈在振动过程中触及处于气隙磁场底部的磁体，造成声音的严重畸 变。另外，欧洲专利EP 0 341 926 Al，美国专利U. S. Patent 4，164，631，以及中国专利ZL 01125945.0，ZL 97121874.9，ZL 92232080. 2都是将一个小尺寸的中音或高音扬声器，直 接同轴地叠装在另一个大尺寸的低音扬声器的顶端或底端，中音或高音扬声器与低音扬声 器各自具有独立的轭铁。这样的技术近年来虽然已经实现了小批量的实用化，但其制造成 本都远远高于具有同样高音与低音气隙磁场的两个分体式扬声器，其应用领域仅限于特殊 的、小批量的专业音响系统。尤其是，这种直接把两个带有独立轭铁的静磁回路进行同轴叠 装的工艺难度大，而且难以对两个带有独立轭铁的永磁体同时实施充磁，需要诸多手工操 作，不适宜类似普通扬声器那样的自动化流水线的大批量作业。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足而提出的。本发明的主要目的是提供一种结构简 单、制造成本低于具有同样高音与低音气隙磁场的两个分体式扬声器、便于类似普通扬声 器那样的自动化流水线的大批量作业等优点的复合式同轴扬声器。本发明的上述目的是通过提供复合式同轴扬声器，所述的复合式同轴扬声器包括 在一个T铁的下底板上，同轴地设置一个环形的永磁体，在所述的环形的永磁体的顶部，同 轴地设置一个环形的外极板，在所述的T铁的心轴柱顶部，同轴地设置一个环形的中间极 板，在所述的环形的中间极板的内腔，同轴地设置一个柱形的永磁体，在所述的柱形的永磁 体的顶部，同轴地设置一个柱形的内极板；其中所述T铁的心轴柱的外径小于/等于所述 的环形的中间极板的外径，所述T铁的心轴柱的高度小于所述的环形永磁体的高度与所述 的环形的外极板的高度二者之和，同时使得所述T铁的心轴柱的高度与所述的柱形的永磁 体的高度与柱形的内极板的高度三者之和，大于/等于所述的环形永磁体的高度与所述的 环形的外极板的高度二者之和。根据本发明的一个优选方面，所述的环形永磁体的磁矩方向与所述的柱形的永磁 体的磁矩方向相同。根据本发明的又一个优选方面，所述环形的中间极板的高度小于/等于所述的柱 形的永磁体的高度与所述柱形的内极板的高度二者之和。根据本发明的又一个优选方面，所述的柱形的永磁体的外径小于/等于所述柱形 的内极板的外径。优选地，在所述内极板顶部制作出一个圆柱形或圆锥形的小凹坑，起提高高音气隙磁场的作用；在所述环形外极板的内弧面制作出一个环形的小凹槽，起提高低音气隙磁 场的作用。优选地，所述T铁的心轴柱与所述的环形中间极板是一体的，这等效于在所述T铁 的心轴柱顶部制作出一个圆柱形的凹坑，用于放置所述的柱形的永磁体和所述柱形的内极 板。优选地，所述T铁的心轴柱与所述T铁的下底板是分体的二个部件，通过胶粘或机 械固定方法连接。优选地，在所述T铁的下底板及所述环形永磁体的外围，安装有由软磁材料制作 的杯形外壳，起到屏蔽所述环形永磁体对外漏磁的作用。根据本发明的再一个优选方面，所述的环形永磁体、柱形永磁体、T铁的心轴柱、T 铁的下底板、环形中间极板、柱形内极板、环形外极板、以及所述的起屏蔽作用的杯形外壳 之间通过胶粘或机械固定方法连接。根据本发明的又一个优选方面，制作所述环形永磁体和柱形的永磁体材料是 钕-铁_硼、钐_钴、铁氧体、铝镍钴合金的烧结体或粘结体。根据本发明的又一个优选方面，所述T铁、包括内、外和中间极板、以及所述的起 屏蔽作用的杯形外壳，都是用软磁材料制作而成，所述软磁材料包括低碳钢、纯铁、硅钢、坡
吴合金、非晶合金。本发明还提供一种包括前述的附加有音圈、振膜、支架、软连接件和紧固件在内的 能形成复合式同轴扬声器的产品。本发明具有气隙磁场高、结构简单、制造成本低、容易对两个永磁体同时实施充 磁，便于自动化流水线的大批量作业等优点。
下面将结合附图来说明本发明的具体实施方式
以进一步阐述本发明的原理。图1表示通常的外磁式结构的扬声器的侧视剖面图和俯视轮廓图；图2表示通常的内磁式结构的扬声器的侧视剖面图；图3表示根据本发明第一实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图和俯 视轮廓图；图4表示根据本发明第二实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图5表示根据本发明第三实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图6表示根据本发明第四实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图7表示根据本发明第五实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图8表示根据本发明第六实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图9表示根据本发明第七实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图；图10表示根据本发明第八实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图。
具体实施例方式下面将参照附图具体说明根据本发明的复合式同轴扬声器的优选实施例。在附图 中，1表示T铁，2表示环形永磁体，3表示外极板，4表示低音磁场气隙，5表示中间极板，6
6表示高/中音磁场气隙，7表示内极板，8表示圆柱形永磁体，9表示圆柱形的垫铁，10表示 杯形的外轭铁，11表示心轴柱与中间极板制作成一体的T铁，12表示起屏蔽漏磁场作用的 杯形外壳，15表示在内弧面制作有一个环形的小凹槽的外极板，16表示在顶部制作有一个 圆柱形或圆锥形的小凹坑的内极板，17表示与心轴柱制作成分体式的T铁底板，18表示与 底板制作成分体式的T铁心轴柱，19表示紧固件，20表示支架，21表示固定支架与软连接件 的夹具，22表示音圈，23表示振膜。实施例一图3表示根据本发明第一实施例的能形成复合式同轴扬声器的侧视剖面图和俯 视轮廓图。为了便于说明，以叠加了箭头的闭合的虚线来表示扬声器的任意一个剖面的静 磁回路的磁力线路径与方向。根据本实施例的复合式同轴扬声器，其包括一个在T铁1的下底板上，同轴地设置 的环形的永磁体2，同时，在环形永磁体2的顶部，同轴地设置一个环形的外极板3，在T铁 1的心轴柱顶部，同轴地设置一个环形的中间极板5，在环形的中间极板5的内腔，同轴地设 置一个柱形的永磁体8，在柱形的永磁体8的顶部，同轴地设置一个柱形的内极板7 ；优选 地环形永磁体2的磁矩方向与柱形的永磁体8的磁矩方向相同。这样，环形永磁体2与T 铁1、环形的中间极板5、以及环形的外极板3形成一个静磁回路，并构成气隙磁场4 ；同时， 柱形的永磁体8与T铁1、环形的中间极板5、以及柱形的内极板7形成另一个静磁回路，并 构成气隙磁场6。这里，环形的外极板3的内径与环形的中间极板5的外径之差所形成的气 隙磁场4的宽度，大于环形的中间极板5的内径与柱形的内极板7的外径之差所形成的气 隙磁场6的宽度。这里强调指出，本领域的工作者应当清楚，应用本发明的原理所制作的所述气隙 磁场4的宽度比气隙磁场6的宽度大，意味着视不同的应用场合的实际需求，当气隙磁场 4作为低音应用时，气隙磁场6既可作为中音应用，又可作为高音应用；当气隙磁场4作为 中音应用时，气隙磁场6则作为高音应用。一般地，正如前文所述，中音扬声器的特征则处 于高音与低音扬声器之间，中音音波段可以理解为低频音的上延伸部分与高频音的下延伸 部分，所以，只需用一个低音扬声器和一个高音扬声器的组合，即可发出可以满足大多数高 品质多媒体音响系统需求的全频道发声。因此，下文及以后的实施例说明中，只提及低音气 隙磁场和高音气隙磁场，这并不意味着按照本发明的原理所制作的复合式同轴扬声器仅仅 是低音与高音的组合。正如上文所述，按照本发明的原理所制作的复合式同轴扬声器，以及 所阐述的各个实施例，既可作为低音与高音的组合，也可作为低音与中音的组合，或者中音 与高音的组合。可以清楚地看到，当环形永磁体2的磁矩方向与柱形的永磁体8的磁矩方向相同 时，若由环形永磁体2所生产的静磁回路沿逆时针方向，则由柱形的永磁体8所生产的静磁 回路就会沿顺时针方向；反之，若由环形永磁体2所生产的静磁回路沿顺时针方向，则由柱 形的永磁体8所生产的静磁回路就会沿逆时针方向。这样，由环形永磁体2所生产的静磁磁 力线，就会与由柱形的永磁体8所生产的静磁磁力线在环形的中间极板5内同向会聚。同 向会聚的二束磁力线之间会产生相互排斥力，按照麦克斯韦方程，磁力线必须闭合且走最 短路径，因此，同向会聚的二束磁力线之间所产生相互排斥力，有助于同时缩短二束磁力线 各自的回路路径，减小磁阻，从而同时增大低音气隙4和高音气隙6中的磁场强度。所以，
7在永磁体尺寸、以及低音、高音气隙尺寸相同的情况下，本发明的复合式同轴扬声器的低音 气隙磁场强度和高音气隙磁场强度，都分别高于分体式的低音扬声器和高音扬声器的气隙 磁场强度。表1列出了使用外径为89. Omm,内径为40. Omm,高度为15. Omm的牌号为Y30的 环形烧结铁氧体，和直径为13. Omm,高度为2. Omm的牌号为N38的柱形烧结钕-铁-硼永磁 体，形成宽度为1. 675mm,高度为4. Omm的低音气隙磁场，和宽度为0. 625mm,高度为2. Omm 的高音气隙磁场时，传统的分体式的按图1结构制作的低音扬声器与按图2结构制作的高 音扬声器，和用本发明制作的如图3所示结构的复合式同轴扬声器的气隙磁场强度的实际 对比数据。表 权利要求
一种复合式同轴扬声器，包括在一个T铁的下底板上，同轴地设置一个环形的永磁体；在所述环形的永磁体的顶部，同轴地设置一个环形的外极板；在所述T铁的心轴柱顶部，同轴地设置一个环形的中间极板；在所述环形的中间极板的内腔，同轴地设置一个柱形的永磁体；在所述柱形的永磁体的顶部，同轴地设置一个柱形的内极板，其中，所述T铁的心轴柱的外径小于/等于所述环形的中间极板的外径，所述T铁的心轴柱的高度小于所述环形永磁体的高度与所述环形的外极板的高度二者之和，同时使所述T铁的心轴柱的高度、所述的柱形的永磁体的高度与柱形的内极板的高度三者之和大于/等于所述环形永磁体的高度与所述环形的外极板的高度二者之和。
2.根据权利要求1所述的复合式同轴扬声器，其中所述环形永磁体的磁矩方向与所 述柱形的永磁体的磁矩方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中所述环形的中间极板的高度 小于/等于所述的柱形的永磁体的高度与所述柱形的内极板的高度二者之和；并且，所述 柱形的永磁体的外径小于/等于所述柱形的内极板的外径。
4.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中在所述内极板顶部制作出一 个圆柱形或圆锥形的凹坑，起提高高音气隙磁场的作用；在所述环形外极板的内弧面制作 出一个环形的小凹槽，起提高低音气隙磁场的作用。
5.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中所述T铁的心轴柱与所述的 环形中间极板是一体的，这等效于在所述T铁的心轴柱顶部制作出一个圆柱形的凹坑，用 于放置所述的柱形的永磁体和所述柱形的内极板。
6.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中所述T铁的心轴柱与所述T铁 的下底板是分体的二个部件，通过胶粘或机械固定方法连接。
7.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中在所述T铁的下底板及所述 环形永磁体的外围，安装有由软磁材料制作的杯形外壳，起到屏蔽所述环形永磁体对外漏 磁的作用。
8.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中所述环形永磁体、柱形永磁 体、T铁的心轴柱、T铁的下底板、中间极板、内极板、外极板、以及所述的起屏蔽作用的杯形 外壳之间通过胶粘或机械固定方法连接。
9.根据权利要求1或2所述的复合式同轴扬声器，其中制作所述环形永磁体和柱形 的永磁体材料是钕_铁_硼、钐_钴、铁氧体、铝镍钴合金的烧结体或粘结体；所述T铁、包 括内、外和中间极板、以及所述的起屏蔽作用的外壳，都是用软磁材料制作而成，所述软磁 材料包括低碳钢、纯铁、硅钢、坡莫合金、非晶合金。
10.一种包括权利要求1-9所述的复合式同轴扬声器的装置。
全文摘要
本发明提供一种复合式同轴扬声器，包括在一个T铁的下底板上，同轴地设置一个环形的永磁体；在环形的永磁体的顶部，同轴地设置一个环形的外极板；在T铁的心轴柱顶部，同轴地设置一个环形的中间极板；在环形的中间极板的内腔，同轴地设置一个柱形的永磁体；在柱形的永磁体的顶部，同轴地设置一个柱形的内极板。其中T铁的心轴柱的外径不大于环形的中间极板的外径，T铁的心轴柱的高度小于环形永磁体的高度与环形的外极板的高度二者之和；同时使T铁的心轴柱的高度与柱形的永磁体的高度与柱形的内极板的高度三者之和不小于环形永磁体的高度与环形的外极板的高度二者之和。本发明具有气隙磁场高、制造成本低、结构简单、便于类似普通扬声器那样的自动化流水线的大批量作业等优点。
文档编号H01F7/02GK101959095SQ20091015793
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者何若冲 申请人:何若冲