TWI386076B - 電磁變換器 - Google Patents

Description

電磁變換器

本發明係有關一種在設於上下配置之永久磁鐵間之振動膜表面具備線圈圖形，藉由將音頻信號賦予至該線圈進行音聲再生之電磁變換器。

作為習知之電磁變換器之例，有使永久磁鐵板與振動膜相對向配置，並因應必要在永久磁鐵板與振動膜之間配置緩衝材，藉由框架將整體覆蓋而構成為矩形狀者。此處所使用之永久磁鐵板，係具有隔著一定間隔將極性交互替換之帶狀著磁部位。又，振動膜係為將蛇行形狀之導體圖形設在該振動膜之膜面者，其中，該導體圖形係相對向於在永久磁鐵板之交互替換極性而著磁之部位之間隙中、所謂著磁中性地帶之部分，並作用為電磁線圈(例如參照專利文獻1)。於形成於振動膜之線圈圖形流動音頻信號之電流時，作用為電磁線圈之導體圖形與永久磁鐵之著磁圖形會形成電磁性結合，並因佛萊明法則，具有上述導體圖形之振動膜會振動。藉由該振動產生之音波係通過永久磁鐵板與穿孔於框架之放音孔加以放射。亦即，電磁變換器作為揚聲器進行音頻再生。

又，存在有與上述電磁變換器同樣的構成之超薄型揚聲器「薄片形」(例如參照非專利文獻1)。此係將永久磁鐵板作成棒狀磁鐵者，其他構件係以相同構件構成。棒狀磁鐵係使同極(N極與N極或S極與S極)相對，並在與棒 垂直的排列方向形成極性交互並列之構成。根據該電磁變換器之構成，音頻再生之發聲動作亦與最初之例相同。

[專利文獻1]日本專利第3192372號公報

[非專利文獻1]監修 佐伯多門，speaker&enclosure百科，2-25節，誠文堂新光社(1999年5月發行)

無論於上述習知之任一電磁變換器，皆難以獲得以大振幅振動之振動膜，隨之有低音域中之再生音壓程度較低之課題。其主因係在於無法擴展相對向之永久磁鐵之間隔。草率地擴展相對向之永久磁鐵之間隔時，獲得驅動力之線圈圖形之位置(振動膜之位置)之磁束密度會降低。此外，若為了加大磁束密度而單純的加大磁鐵厚度時，磁鐵表面附近之磁束密度將變大，而振動膜之振幅越大、亦即振動膜越接近磁鐵表面則驅動力將越大，因此亦會成為振動膜接觸於永久磁鐵而產生聲音之失真及產生異常音之原因。

本發明係為解決上述問題點而研創者，其目的在提供一種獲得可再生大音量之低音域之電磁變換器。

本發明之電磁變換器，係形成第1磁鐵排列層，其係將寬度Wm、厚度Tm及預定長度之棒狀永久磁鐵以使不同的磁極相對向之方式以固定的極間距τ p間隔平行地交互排列複數個於平面上；並形成第2磁鐵排列層，其係具有與第1磁鐵排列層相同的棒狀永久磁鐵排列，並與第1磁鐵排列層相互間於上下方向使同一磁極相對向，並且隔著 相對向之磁鐵表面間之距離2×lg；並將振動膜配置成位在相對向之磁鐵表面間之中間，該振動膜係遍及對應各磁鐵排列層之全面地形成有與該第1及第2磁鐵排列層中相鄰之棒狀永久磁鐵之間隙部份相對向而形成之蛇行形狀之導體圖形之線圈；若α=τ p/lg、β=Wm/τ p、γ=Tm/lg時，將該棒狀永久磁鐵配置成β≦0.15 α+0.1。

藉此，藉由將棒狀永久磁鐵之斷面尺寸及排列間距適當化，即使加大兩個磁鐵排列層間之磁鐵間隔，亦能以充分大的振幅，且在驅動範圍內將均一的驅動力賦予振動膜，因此可再生比習知更優良之低音域。亦即，能實現大振幅，且可再生大音量之低音域。

為更詳細說明本發明，以下依據附圖說明用以實施本發明之最佳形態。

實施形態1.

第1圖係顯示本發明實施形態1之電磁變換器之構造的斜視圖。

圖中，電磁變換器係具備第1磁鐵排列層，該第1磁鐵排列層係將寬度Wm、厚度Tm及預定長度之棒狀永久磁鐵10以一定極間距τ p間隔平行交互地排列複數個在平面上，俾使不同之磁極相對向。又，電磁變換器係具備第2磁鐵排列層，該第2磁鐵排列層與第1磁鐵排列層具有相同的棒狀永久磁鐵10之排列，且與第1磁鐵排列層以上下方向互為相同磁極之方式相對向，並且隔著相對向之磁鐵 表面間之距離2×lg而形成。該等第1及第2磁鐵排列層之棒狀永久磁鐵10係固設在磁性體之磁軛40，磁軛40係與後述之振動膜20一起以框架(未圖示)所支撐。一個棒狀永久磁鐵10所發出之磁束主要係朝向右方向或左方向，磁鐵彼此在上下相對向之空間係描繪弧狀之磁束線而到達另一極。

在具有上下關係之第1及第2磁鐵排列層之相對向之磁鐵表面間之中間位置，亦即離互相對向之磁鐵表面為相同的距離lg之位置，配置有薄片狀之振動膜20。於振動膜20形成有蛇行形狀之導體圖形之線圈21，其係相對向於第1及第2磁鐵排列層之不同磁極彼此之間隙部份，且遍及對應於各磁鐵排列層之全面地形成。因而，線圈21之圖形係配置於第1圖之上下棒狀永久磁鐵10所呈現之磁束成為左右水平之位置。藉由如上述之構成，於線圈21流動驅動電流時，藉由正交之磁束會於第1圖之上方向或下方向產生力。該力係使振動膜20整體上下振動，並通過設在磁軛40之切縫30而產生聲音。

於以上之磁氣電路構成中，產生較大程度之聲音對電磁變換器來說是重要的，尤其必須提高線圈21所在之部位之磁束密度。為此，係考慮有使用具有較強磁氣能量之永久磁鐵，或是縮小上下磁鐵間隔(上述磁鐵表面間之距離2×lg、為振動膜20之離磁鐵表面之距離的兩倍)來提高磁束密度之對策。然而，縮小上下磁鐵間隔時會變成限制振動膜20之振動，尤其於振動振幅較大的低音域中將不易獲得 大的音壓。

因此本發明中，如以下所述係提案一種構造，即使加大上下磁鐵間隔亦能確保充分的磁束密度，使永久磁鐵之尺寸及配置最適當化，以獲得較大的驅動力。再者，振動膜20即使以較大的振幅振動，亦能於振動方向(與振動膜面垂直的方向)減少磁束密度之變化而維持驅動力。

首先說明規定構成之參數。

將α、β、γ設為：α=τ p/lg、β=Wm/τ p、γ=Tm/lg。此外，與磁鐵表面平行的方向(第1圖之左右方向)之磁束密度設為Bmax、將線圈21之導體部之同方向之磁束密度設為Bmin，將振動膜20之振動方向之磁束密度所相關之「變異比例」設為(Bmax-Bmin)/Br×100，將相對磁鐵之殘留磁束密度Br之線圈導體部之磁束密度Bmin之比、亦即位在導体未振動之位置之部分的比例之「導體部之比例」設為Bmin/Br×100。

以上述之條件為基準，針對各種磁氣電路構成進行電磁場分析。將上述「變異比例」之計算結果顯示於第2圖，將「導體部之比例」之計算結果顯示於第3圖。圖中，將γ=Tm/lg作為參數(γ=0.67、1.00、1.33、1.67)，橫軸為α=τ p/lg、縱軸為β=Wm/τ p之分布圖。

有關第2圖之「變異比例」(Bmax-Bmin)/Br×100係最好為較小的值。其理由係線圈位置與磁鐵位置之磁束密度之差越小，則磁束密度之變化會越少，即使振動膜20大幅振動而接近於永久磁鐵，只要有與原來的線圈位置同程度 之磁束密度即能保持驅動力之故。於第2圖，「變異比例」之值變小者係大致為斜線D之下側之數%之區域。但，關於γ=0.67，於第2圖(a)之右下角落出現超過3%之區域T，而不佳。因此於本發明，設為γ≧1.0，磁鐵之厚度Tm係為較棒狀永久磁鐵10與振動膜20之間隔lg還大之構成。此外，第2圖所記入之斜線D係具有，直線β=0.15 α+0.1之關係，而規定α(=τ p/lg)與β(=Wm/τ p)之範圍係為β≦0.15 α+0.1(直線之下側)。

另一方面，有關第3圖之「導體部之比例」Bmin/Br×100，磁鐵原來的性能之殘留磁束密度Br最好有效的出現於線圈導體部，且越大越好。由第3圖可判斷為越往圖的右上方，「導體部之比例」係越大。亦即，極間距τ p以較大為佳(α：大)，相對於極間距τ p之磁鐵寬度Wm亦以較大者較好(β：大)。磁鐵表面附近之磁束密度，係必須為殘留磁束密度之1/3，於本發明，「導體部之比例」Bmin/Br×100係設為35%以上。

現今多數的電磁變換器中，永久磁鐵與振動膜之間隔多為0.5mm、或為0.5mm以下。此狀態中，在低音域施加大的輸入電流時，振動膜係衝突於永久磁鐵之表面且會發生異常音。作為其對策，可在永久磁鐵與振動膜之間插入緩衝材。由於該緩衝材係接觸永久磁鐵與振動膜而配設，因此很明顯係限制振動膜之振動。亦即，限制低音域之再生，以電磁變換器揚聲器來說係成為自500Hz接近於1kHz之中音域以上之再生範圍。然而，藉由採用本發明，由於 可加大棒狀永久磁鐵10與振動膜20之間隔lg，因此能採用例如1.0mm至1.5mm或此範圍以上之間隔。由於可加大該間隔lg，因此可以不須要衝突防止之緩衝材。

上述第1圖之例中，雖說明以使棒狀永久磁鐵10固設於磁性體之磁軛40之磁鐵排列層與振動膜20所構成之電磁變換器，但並未限定於此。第4圖所示之電磁變換器係為本發明之另一例，但此處沒有磁軛，且為棒狀永久磁鐵10與振動膜20係藉由設在電磁變換器之前後兩端之框架(未圖示)直接加以保持、固定之構造。

此外，第1圖之磁軛40之切縫30，係於棒狀永久磁鐵10之長度方向顯示偏長的矩形之孔，但只要為不會對磁路形成造成障礙、且使由振動膜20所產生之音不會衰減而放射於外部之構造即可。例如，將圓形或正方形之孔排列於棒狀永久磁鐵10之間、或橢圓形及多角形等之孔亦可。

如以上所示，根據本實施形態1，藉由將棒狀永久磁鐵之斷面尺寸及排列間距適當化，即使加大兩個磁鐵排列層間之磁鐵間隔，亦能以充分大的振幅，且在驅動範圍內將均一的驅動力賦予振動膜，因此可再生比習知更優良之低音域。亦即，能實現大振幅，且可再生大音量之低音域。

(產業上之可利用性)

如以上所示，本發明之電磁變換器，由於能以充份大的振幅，且在驅動範圍內將均一的驅動力賦予振動膜，因此適於可再生大音量之低音域之平面型揚聲器。

10‧‧‧棒狀永久磁鐵

20‧‧‧振動膜

21‧‧‧線圈

30‧‧‧切縫

40‧‧‧磁軛

第1圖係顯示本發明實施形態1之電磁變換器之構造的斜視圖。

第2圖(a)至(d)係顯示本發明實施形態1之「變異比例」的分布圖。

第3圖(a)至(d)係顯示本發明實施形態1之「導體部之比例」的分布圖。

第4圖係顯示本發明另一實施形態1之另一電磁變換器之構造的斜視圖。

10‧‧‧棒狀永久磁鐵

20‧‧‧振動膜

21‧‧‧線圈

30‧‧‧切縫

40‧‧‧磁軛

Claims (8)

1. 一種電磁變換器，其特徵為，形成第1磁鐵排列層，其係將寬度Wm、厚度Tm及預定長度之棒狀永久磁鐵以固定之極間距τ p間隔平行地交互排列複數個在平面上，俾使不同的磁極相對向，形成第2磁鐵排列層，其係具有與第1磁鐵排列層相同的棒狀永久磁鐵排列，並與第1磁鐵排列層相互間於上下方向使同一磁極相對向，並且隔著相對向之磁鐵表面間之距離2×lg，將振動膜配置成位在該相對向之磁鐵表面間之中間，該振動膜係遍及對應各磁鐵排列層之全面地形成有蛇行形狀之導體圖形之線圈，且該導體圖形之線圈係與該第1及第2磁鐵排列層中相鄰之棒狀永久磁鐵之間隙部份相對向而形成，當α=τ p/lg、β=Wm/τ p、γ=Tm/lg時，將該棒狀永久磁鐵配置成β≦0.15 α+0.1。
2. 如申請專利範圍第1項之電磁變換器，其中，γ≧1.0。
3. 如申請專利範圍第1項之電磁變換器，其中，當將在與相對向之永久磁鐵表面平行的方向且與棒狀永久磁鐵垂直的方向之永久磁鐵面之磁束密度作為Bmax、將線圈導體部之上述同方向之磁束密度作為Bmin、將磁鐵之殘留磁束密度作為Br時，將振動膜之振動方向之磁束密度所相關之「變異比例」(Bmax-Bmin)/Br×100設 為2%以下。
4. 如申請專利範圍第2項之電磁變換器，其中，當將在與相對向之永久磁鐵表面平行的方向且與棒狀永久磁鐵垂直的方向之永久磁鐵面之磁束密度作為Bmax、將線圈導體部之上述同方向之磁束密度作為Bmin、將磁鐵之殘留磁束密度作為Br時，將振動膜之振動方向之磁束密度所相關之「變異比例」(Bmax-Bmin)/Br×100設為2%以下。
5. 如申請專利範圍第1項之電磁變換器，其中，當將在與相對向之永久磁鐵表面平行的方向且與棒狀永久磁鐵垂直的方向之線圈導體部之磁束密度作為Bmin、將磁鐵之殘留磁束密度作為Br時，將在導體未振動之位置之部分的比例之「導體部之比例」Bmin/Br×100設為35%以上。
6. 如申請專利範圍第2項之電磁變換器，其中，當將在與相對向之永久磁鐵表面平行的方向且與棒狀永久磁鐵垂直的方向之線圈導體部之磁束密度作為Bmin、將磁鐵之殘留磁束密度作為Br時，將在導體未振動之位置之部分的比例之「導體部之比例」Bmin/Br×100設為35%以上。
7. 如申請專利範圍第1項之電磁變換器，其中，振動膜之離磁鐵表面之距離lg為lg≧1.0mm。
8. 如申請專利範圍第2項之電磁變換器，其中，振動膜之離磁鐵表面之距離lg為lg≧1.0mm。