具有安装装置的热消散声音换能器 |
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申请号 | CN201180039154.6 | 申请日 | 2011-06-07 | 公开(公告)号 | CN103141121B | 公开(公告)日 | 2016-09-14 |
申请人 | 罗伯特.卡茨; | 发明人 | 罗伯特.卡茨; T.格拉德温; | ||||
摘要 | 一种惯性换能器包括基底、模 块 键、至少一个具有至少三个 接触 点的悬架装置、和包括多个热传递点的热消散装置。所述基底可选地包括开口或盖。该盖可能是易卸的。优选地,基底包括柱形壁,其在内部换能器中延伸,且基底的下表面与换能器的壳体的下表面共面,从而降低堆叠高度。该柱形壁可带 螺纹 或不带螺纹,且可接纳来自接收设备的轴,该接收设备用于将换能器与 基板 相关联。 | ||||||
权利要求 | 1.一种惯性类型声音换能器,包括: |
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说明书全文 | 具有安装装置的热消散声音换能器[0002] 本非临时专利申请要求主题为“Heat Dissipating Acoustic Means”、申请日为2010年6月7日、申请号为61/344,181的美国临时申请以及主题为“Heat Dissipating Transducer with Mounting Means”、申请日为2010年10月16日、申请号为61/455,222的美国临时申请的优先权。 技术领域[0003] 本发明大体涉及能够将能量在电和机械形式之间转换的电动的、声音致动器,及更具体地涉及动量或惯性类型声音致动器,其使用多构件悬架(multi-component suspension)来对齐包括移动线圈、新型热消散和安装装置的内部结构以改进性能和方便使用。对于本专利来说,动量或惯性类型声音致动器还可被称为惯性类型音圈致动器,或者惯性类型动量驱动器。 背景技术[0004] 动量类型换能器用于将机械能输入至基板,以使基板移动并用作分布模式扬声器。Vincent等人的美国专利第7,386,144号公开了可使用通过接收器机械地连接至基板的输出盘,使用在输出盘和接收器上的机械地互锁的凸片而进行所述种类工作的惯性类型声音换能器。Coneless的Lemons的美国专利第5,335,284号,No-Moving-Part换能器将换能器机械地连接至基板,并且公开了通过突起的螺钉附接至壁的扬声器,所述突起的螺钉形成扬声器的一部分且旋至基板中。Oser的专利第7,418,108还公开了惯性类型换能器。相同地,Oser提及从音圈致动器或者惯性类型动量驱动器突起的螺纹立柱,其中立柱被用作安装装置或者将换能器附接至基板的装置的一部分,这负面地影响本发明的堆叠高度。 [0005] 由于音圈致动器或者惯性类型动量驱动器都使用多种磁动件,所以进行工作的额外动力源是有利的。动力源通常要求使用磁体,其可通过组成、材料和制造而改变工作性能。由于这里所引用的领域的新的方面包括将所说明的惯性类型的声音换能器结合至其他产品,在壁中和大体封闭位置中,所以可考虑诸如钕的高能磁体,但是对本发明不仅限于此,而可使用很多其他磁体形式,例如但不限于陶瓷类型磁体。然而,磁体材料对温度是敏感的,且由于作为电机械工作进行的结果,在磁体的总区域中的温度升高,磁体材料可具有消磁或丧失效率的趋势。然后,随着音圈线圈变得很热,热消散成为问题,将该热量散至磁体结构并使磁体材料消磁产生有害的效果。高热甚至可损坏音圈及其线圈。 [0006] 热消散成为关键因素。本发明的新的方面是将热量从惯性类型声音换能器的受影响区域将热量排出。使用材料和设计形成将热量从音圈传导和对流出去的路径,所述音圈包括其线圈、磁体和其它热敏感构件和材料,从而增加可靠性。这形成紧凑设计而不会具有风险,其中该紧凑性可形成新的新颖应用并且当用于受限或封闭空间时改进声音换能器和音圈致动器的性能。 [0007] 产生紧凑的且具有高功率输出的磁动件是有利的,功率输出已知是与其尺寸相关的BL乘积。动力被描述为电流I、线圈长度L和磁通密度B的乘积,因此 这里说明的新颖部分涉及所使用的磁动件的动力密度的大小。当换能器与基板相关联使用以再现所需声音内容时,然后动力将转换为更有效的机械能转换以及更好的保真度。 [0008] 将惯性的或动量类型音圈换能器与正确的基板相关联还常常并非不重要的。基板可以是很多的不同材料。制造一装置以使用给定材料可靠地和机械地完善(soundly)音圈换能器或惯性类型动量驱动器是很重要的。材料可以是例如但不限于,玻璃、木、玻璃纤维、墙板、金属、吊顶板。铁金属表面通常存在于环境中在壁覆层和模块壁系统或其他产品壳体中,其示例性地表示其可从声音内容受益以改进例如特定信息的通信质量。这些基板或声板可另外地与惯性类型声音换能器良好地工作但会产生其它问题。 [0009] 这些另外的难题涉及磁动件和其内部构件,其必须被配置成最小化或减少外表的磁通量场。外部磁通量将形成磁动件、音圈、音圈线圈、磁间隙和动件悬架的内部构件脱离容差范围和最优布置。这进而将负面地影响换能器的性能。对于本发明展示的磁回路,不产生在磁动件之外的显著的杂散磁通量场是重要的,因为其会将所述构件拉向钢基板且处于不适当位置。这将对声音质量具有直接负面作用。要求形成具有内部通量场的惯性类型声音换能器的一部分的磁动件,且在本发明中进行了示教。 [0010] 本发明公开了新型模块系统以形成关联装置,其使用系统化方法将惯性类型音圈致动器连接至多种基板,且保持声音传播的机械参数和高度保真度的传递。美国公开第20060126886A1号公开了从声音致动器突起的长形轴,其与从换能器基底突起的另一个突起致动器柱连接。这产生了过高的堆叠高度,这对于在壁中或在产品中使用换能器的目的来说是不利的。在本发明中公开了降低堆叠高度的新型装置。此外,系统可通过专用安装装置接纳多种基板,并提供附加的形式以将换能器固定至多种基板而不显著地增高堆叠高度。在新型方式中,本发明中所述的专用的安装装置还将提供优化的热消散。 [0011] 在磁动件结构中将音圈相对于磁间隙保持轴向对准是同等困难的。Vincent等人的7,386,144中公开了双悬架。在本发明中,引入新的装置以形成悬架装置,其桥接并控制音圈和相关的音圈线圈之间至磁动件、以及磁动件至壳体的轴向对齐,从而在所有构件之间形成所需控制,并因此改进声音质量和消除部件干扰或不对准的失真。此外,其它装置用于在所述磁间隙中使用磁性液体而进一步提供部件分离和理想的声音质量。 [0012] 本领域技术人员将认识到,可通过增加低粘度油的形式的磁性流体而改进功率使用,在所述流体中具有均匀悬浮的显微铁粒子,如磁铁。由于在间隙上的磁通量,该油-磁乳液被吸引并保持在磁间隙中的磁场中。该磁粒子将液体状态的油保持在间隙中。当音圈被径向地位移时,该粘性的磁流体提供了热消散机构和径向恢复力。该恢复力是当所述流体是在所述磁间隙和线圈架中不对称地设置时流体中的不平衡的磁力的结果。当其轴线与水平方向平行时,该径向恢复力通常足以支撑磁回路的质量。在较大的径向力会克服粘滞磁流体的径向恢复力的情况下,减摩轴承用作音圈架的备用轴承。 发明内容[0013] 本发明的目的是发明一种新型装置以形成可变系统来将惯性类型声音换能器或惯性类型动量驱动器安装至用作声板的多种基板上。 [0014] 本发明的另一个目的是使换能器的整体堆叠高度的增加最小化,从而允许安装至空间受限和封闭区域。 [0015] 本发明的另一个目的是提供新型装置,以让音圈致动器或惯性类型动量驱动器中的电子机械动件产生的热消散,从而改进可靠性和保持高水平的一致性能。 [0016] 本发明的目的是提供装置,其将音圈致动器或惯性类型动量驱动器与大量种类的基板机械地相关联,从而改进音圈致动器或惯性类型动量驱动器根据不同的安装要求而安装至多种环境中的能力。 [0017] 本发明的另一个目的是提供新的装置,以使用新的悬架装置来将磁体动件与音圈保持对准,使得提供多个悬架和接触点。 [0018] 本发明的另一个目的是提供高能磁结构,其体积减小以将音圈致动器或惯性类型动量驱动器匹配至小的空间、壁和其它产品中。 [0019] 本发明的另一个目的是提供用于音圈及其线圈、磁动件和其它热敏感构件和材料的热消散的装置,从而提高效率、保真性和可靠性。 [0020] 本发明的另一个目的是形成磁动件,其具有可忽略的杂散磁通量,从而可将换能器直接地安装至钢声板或者在其附近使用钢或其它铁材料的声板。 [0021] 本发明的另一个目的是提供新型装置以保证在磁动件的磁空气间隙中的音圈的共轴对齐。 [0022] 本发明的另一个目的是提供装置,其改进换能器的声音效率并降低音圈致动器或惯性类型动量驱动器的噪音和失真。 [0023] 本发明的锥形扬声器包括篮式组件(basket assembly)、锥形膜片(cone diaphragm)、围绕在相关的篮和锥形之间的悬架、在纸盆和篮之间的星形悬架、覆盖音圈和锥形的防尘盖。本领域技术人员应该理解也可使用其它构件和材料。 [0024] 从以下的说明中,本发明的其它目的、特征和优点将更加明显。该说明参考所附的附图,其提供以示出优选的实施方式。然而,该实施方式不代表本发明的完整范围。本发明所涉及的主题在本说明后的权利要求中具体地指出和清楚地要求。 附图说明[0025] 图1a是本发明的动量类型换能器和接收器装置的横截面视图; [0026] 图1b是图1a的动量类型换能器的一部分的横截面局部放大视图; [0027] 图2是装配好的图1a所示的动量类型换能器和接收装置的横截面视图; [0028] 图3是本发明的实施方式中使用的接收器装置的顶视图; [0029] 图4a、4b、4c是优选实施方式的模块组装键的局部放大视图; [0030] 图5a、5b、5c是优选实施方式的第二模块组装键的局部放大视图; [0031] 图6是本发明不具有接收器装置的换能器的透视图; [0032] 图7是本发明的装配后的动量类型换能器和可选的接收器装置的剖视图。 具体实施方式[0033] 在图1a中示出了本发明的实施方式的横截面图。该视图示出了本发明的新型惯性类型声音换能器10和安装接收器装置,其都示为旋转体的横截面。该换能器的特征在于具有顶壳体部分13和下基底(foot)15。基底15和上壳体13通过“L”形搭接头17结合,其中两个部件互锁地叠合。该接合可通过对本领域技术人员很明显的多种方式完成,且可包括但不限于螺钉组件、粘合组件或超声组件。将模块组装键(modular assembly key)21附接至基底15。该模块组装键21的特征和特点可根据本新型模块装置而改变,以允许换能器10固定至多个基板,并且提供用于热消散的装置和这里将描述的其他特征。该电磁动件组件19优选地包括杯形磁轭23和底部磁体25,其南至北极性以箭头26示出。磁体25理想地是钕高能磁体,以减小换能器的体积,但可以是陶瓷式磁体或其它类型磁体。在一个磁动件(magnet motor)的可接受的实施方式中,铁基钢前盘(ferrous steel front plate disc)27被组装至磁体25。且接着将由箭头28示出南朝北极性的第二环形磁体28组装至金属盘27。铁金属环31可选地可组装至磁体29。磁轭23、前盘27和环31可使用1008号钢或其他类似材料。这里所说明的电磁动件19是优选的实施方式且仅用于示出本专利说明的发明的原理。本领域普通技术人员将能够改变该磁动件的设计且仍然形成本发明的相同的新颖方面。这里的优选实施方式的要求的特征包括在磁路中具有大体所有的磁通量,且在磁路外仅具有可忽略的磁通量(如果有的话)。这将示出理想的状态,但不是本发明的必需部分。 [0034] 磁气隙33允许插入音圈架(voice coil former)35。优选地,在音圈上设置有多个导电线圈37且具有进入腔室39的正和负引线以连接至从换能器10壳体伸出的引线,如图2所示。前盘27使用铜短路环(shorting ring)38,其被组装至前盘27或者被电镀至前盘27上。短路环38增强了由换能器10再现的较高频率的声音。 [0035] 现参考图1b,其提供了基底15和模块键21之间的连接的细节,音圈架35被组装至基底15且同轴地组装至基底15上的环形环43,其与基底21的竖直壁41接触。小的邻接件47帮助定位和对齐音圈架35的轴向方向,但对本发明不是必需的。音圈架可仅在竖直壁41上手动或使用组装工具对齐至所需高度。在组装过程中,工业中已知的标准程序可用于通过使用例如通常已知为“定心环”(未示出)的装置对音圈架进行进一步对齐。 [0036] 现回头参考图1a,另一个环形环45形成了模块键21的一部分。通过通常使用的方式(可包括粘合剂)将该环形环45固定至音圈架35。如果使用粘合剂,热导粘合剂不是必须的但是优选的,因为其可从音圈将热传导走。在磁气隙33中使用磁性液体(ferro fluid)49,以允许更好地将音圈35和音圈线圈37居中定位。在完成工作后,音圈线圈37将产生热。 如果未加控制,则该热量可以是破坏性的。磁性液体49具有将音圈线圈37产生的一些热量传递至磁动件19的第二功能。音圈线圈架35优选地由铝或其他热导材料制成,但这不是绝对的要求。与其他音圈架材料相比,铝具有较好的热传导特性,所述其他音圈架材料例如但不限于“聚酰亚胺膜(kapton)”或其它聚合物基的音圈架,尽管这些材料的使用也可具有一定程度的成功。经由音圈架35和经由所使用的粘合剂(如果该粘合剂是热传导性的)将热量传导至模块键21和基底15。用于模块键21和基底15的材料还可由热传导材料制成,例如但不限于铝。然后,热量可被作为热桥(heat bridge)的热传导材料吸收且可被传导,以从基底15和模块键21传导和对流传热。此外,可将径向的散热片大体在其周边(未示出)被加至基底15以帮助该热消散。 [0037] 参考图2,一旦将音圈35组装至基底15且位于换能器10组件中,则将居中定位工具移除,居中定位工具已完成其将音圈架35共轴地对齐在气隙33中的任务。由于基底15组装至音圈架35,热传导粘合剂是推荐但不是必需的。在磁动件正在进行其工作时,音圈架35和基底15的竖直壁41之间的剪力可能是高的。模块键21的组件、更具体地环形环45与音圈架35的内侧表面的关联增强了组件。可通过多种方式,如螺纹连接、粘合剂或包括其任何组合的类似方式,将模块键21组装至基底15。在优选的实施方式中,多个销钉55配合至多个孔 104中的一个,以在模块键21和基底15之间提供对齐和稳定性。该销钉可由螺钉或本领域技术人员已知的其他紧固装置替代。 [0038] 参考图4a至4c和图2,示出了模块键。环45的外竖直壁用于将音圈35支撑和紧固置模块键。一个或多个定位销钉55或螺钉可用于将模块键引导至基底15的开口42中。该开口42优选地具有一深度,其被选择使得在组装时堆叠高度最小化。优选地,该深度使得一旦模块键21被组装至基底15,则该模块键21的底表面61与基底15的底部基本共面。可选地,底表面61相对于基底15可稍稍地凹进,以让热量更有效地散发至温度差可能更大的外边缘,且在需要的情况下改变声音的输出。可使用一个或多个肋51来构造模块键21。示出的模块键 21的外边缘53是正方形的,且与基底15中用于模块键21的接收开口42匹配。与一个或多个定位销钉55连接的该几何形状阻止开口42中的模块键21的转动。螺钉也具有相同的效果。 该形状可较大变化至六角形或其它形状以在组装后阻止转动。在一些实施方式中,键的底表面61和基底的底部不是平坦的,而是类似弯曲的。 [0039] 基底15的螺纹柱57与换能器10的旋转中心轴线同心。该螺纹柱57被制成穿入换能器内部空间且不会增加换能器10的堆叠高度。柱57优选地但不必须具有内部螺纹59。模块键21的柱57的高度使得其在装配至换能器10之后且当换能器10工作时不会与磁结构19的任何部分干涉。此外参考图1a,安装接收器设备11具有带螺纹轴61,其与接收器设备11的中心线轴线同心。在轴的底部,肩63用作邻接部和热桥。还参考图2,螺纹轴61是与内部螺纹59相似的螺纹尺寸。通过将轴61旋入内部螺纹59中所实现的密封可通过使用螺纹锁胶而增强以确保永久性装配。一旦将换能器10安装在接收器设备11上,则肩63与模块键21的底表面相邻接。应该注意当用作热桥时,肩63的尺寸可增大从而在其和模块键61的外表面之间形成大的接触表面,从而促进从换能器10至接收器设备11且最终地至基板的热传递。 [0040] 参考图2和图3,接收器设备11的外周边65示出为圆形,但可形成为其它形状。该接收器设备可被用于将换能器10安装在多种基板上。接收器设备11的底部73是基本平坦的且可粘合地粘接至基板,或可以可选地通过一个或多个螺钉孔69紧固至基板,或者可以使用其它装置组装至基板,以将接收器设备11牢固地固定至预期基板。这些说明的紧固方式的组合,或者其它没有提及但对本领域技术人员熟悉的方式可同等地使用。接收器设备11的底部73的尺寸应该足够大,以允许牢固的连接并有效地将换能器10产生的机械能传递至给定的基板。 [0041] 参考图1a,H1示出了接收器设备的主表面的高度。H2示出了肩部63的高度,该高度可被降低至最小。H1是被形成为最小值以限制换能器10的堆叠高度,和在组装后的接收器设备11堆叠高度。H1比H2小,因此换能器10产生的机械能直接通过换能器10经由其与轴61的连接以及模块键21的底部到达肩部63,且然后进入接收器设备到达基板。该系统提供最小的堆叠高度,允许将换能器10被安装在很多体积和高度受限的设备中。 [0042] 在换能器10的正常运行过程中,音圈线圈37将产生热量。由于以导热材料制成音圈架35,热量路径将从其到模块键21且然后沿着路径到达螺纹柱57。在内螺纹59和螺纹立柱(threaded stud)61之间的紧密接触,以及在设备11的肩部63与模块键21的底部之间的热桥将提供热桥用于热量传出到接收器设备11,该部分将接着用于进一步增强换能器10的热消散和接收器设备11热消散系统。由于可通过螺纹锁定材料将螺纹柱(threaded post)61紧固至匹配螺纹59,该材料将进一步增强从换能器10到接收器设备11的热传导。可选地,可不具有螺纹柱61和匹配螺纹59,而可使用摩擦配合或粘接或其它方式来将所述两个构件彼此紧固在一起。 [0043] 参考图5a至5c,所述模块键可被制成具有完全填满的底部表面61a。这可应用于换能器10被附接至基板的情况,这种情况下接收设备11不是有利的。该情况的实例可以是例如使用双面粘接带将换能器10安装在玻璃表面。使底部完全被覆盖将阻止杂散材料进入换能器。在该实施方式中,模块键21将用作盖。形成底表面61a的一部分的盘75可被易卸地附接至模块键21,使得如果需要该易卸盘75可被移除露出内部螺纹59,如果是这种情况;这允许可选地将换能器10安装至接收设备11。可选地,可将盘表面75被机加工或以其它方式从模块键21移除,从而形成通往内部螺纹59的通路。当将换能器10直接关联至基板时,为了进一步示出该需求,本领域技术人员可理解基底15和模块键21可形成为单个部件。 [0044] 图6示出了换能器10的另一个优选实施方式,其中至少一个紧固法兰81可从基底15悬臂伸出。法兰81具有孔83,其允许螺钉或其它紧固件来将法兰81保持至基板。沉孔表面 85允许使用低外型的沉头螺钉。除了通过紧固件紧固至基板,换能器10还可在底部73上使用粘合剂。可选地,图6的换能器10可不包括任何法兰81和/或可仅仅是与基板的粘合地连接。 [0045] 参考图1和2,通过双悬架(suspension)的方式将磁动件19紧固至上壳体13,该双悬架控制磁动件19与音圈架35的轴向对准。通过在磁轭23中的螺纹孔88,至少一个螺钉87将磁动件19保持至壳体13。应该注意,螺纹孔88的深度优选是浅的以避免阻碍磁轭23中的磁通量。回转截面图中示出的是轴向弹簧89桥,上壳体13的竖直壁,和壳体106的上表面。该弹簧构件89可以是弹性材料、金属弹簧或其它屈从装置(compliant means)以仅提供受控的轴向位移。轴向屈从星形悬架(spider suspension)96被定位在磁动件19的远端。该悬架装置保持以下3个构件的轴向对准,壳体13、磁动件19的远端和音圈架35。这三个接触点的目的是阻止包括磁气隙33的磁结构19围绕音圈架35翘起。悬架装置97的外周边91固定地结合至接头17。在悬架装置96的中点处,其粘合地或以其它方式地附接至磁轭23中的凹口95。悬架的第三点在悬架装置97的内周97a,其大体粘合地附接至音圈架35。辊96和99提供磁动件19在换能器10中的轴向屈从和轴向往复移动过程中的移动。 |