專利名稱：轉(zhuǎn)換器式電動機/發(fā)電機總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電性及磁性操動的開關(guān)、磁鐵及電磁鐵；特別本發(fā)明涉及具有可相對移動線圈及永久磁鐵總成之磁鐵機械動力裝置。
背景技術(shù)：
多種轉(zhuǎn)換器總成已公知。其中一類型顯示于第1圖為William N.House之美國專利第5,142,260所示。此種總成包括一種磁電路結(jié)構(gòu)10，帶有兩個對準(zhǔn)的磁盤12、14，其于軸向方向偏極化以及定向，故其所形成之磁通場彼此相對。一鐵或非鐵材料制成之隔件16夾置于磁鐵12、14間，以輔助控制磁場特性。由于軸向?qū)?zhǔn)相反結(jié)果，由磁極20、22放射之磁通線18彼此面對面，且聚焦以及由磁鐵12、14間之區(qū)域24向外輻射。
此種先前技術(shù)結(jié)構(gòu)用作兩項功能，亦即增加于毗鄰結(jié)構(gòu)外表面26該區(qū)的每單位截面積之磁通線數(shù)目；以及導(dǎo)引磁通線18于大致垂直于結(jié)構(gòu)軸線28之路徑。理想上由結(jié)構(gòu)10放射的全部磁通線18為垂直于結(jié)構(gòu)軸線28之方向，以于其軸向長度于柱狀導(dǎo)體30獲得最大作用力。但如’260專利案所述，磁通線區(qū)非垂直于結(jié)構(gòu)軸線。若有載流導(dǎo)體30在軸向方向由中心區(qū)A移動至磁鐵中心區(qū)C，則在平行于軸線28方向，作用于導(dǎo)體30之瞬間作用力呈角度之函數(shù)而減至零。結(jié)果導(dǎo)致’260專利案所述的“場換向”?！皥鰮Q向”典型為止回路徑結(jié)構(gòu)例如第1圖結(jié)構(gòu)10所遭逢的限制之一。如此線圈30于直線方向的移動通常只出現(xiàn)于軸向長度的相對較短部分以內(nèi)。
美國專利第5,142,260號解決此等問題，該案是將一或多個額外徑向磁鐵及/或隔件夾置于先前技術(shù)磁鐵總成的相對磁鐵間。徑向磁鐵的外磁極具有與磁鐵面對磁極的相同極性。由徑向磁鐵發(fā)出的磁通線與軸向磁鐵場相對，被向外導(dǎo)引到垂直于結(jié)構(gòu)軸線的路徑。徑向磁鐵之磁通線向外行進(jìn)且環(huán)繞至軸向磁鐵的相反磁性磁極。根據(jù)’260發(fā)明人所述，如此可增加結(jié)構(gòu)所提供的總磁通線。
美國專利第5,142,260號所述裝置仍有多項缺點。顯然’260發(fā)明人尋求藉由加長線圈/磁場交互作用距離而提高線圈性能，以及確保驅(qū)動線圈線路盡可能接近磁鐵總成而提高線圈效能。如此，線圈及向外磁場磁通線皆加長。此種步驟造成磁性系統(tǒng)重量及復(fù)雜度的增加，也進(jìn)一步造成線圈作用力增加，結(jié)果導(dǎo)致當(dāng)線圈游逸期間擺動時，線圈對磁場的反應(yīng)不是線性。通常此種系統(tǒng)效率低，原因在于此種系統(tǒng)需要許多繞線來讓其驅(qū)動柱可有效與加大的磁場尺寸交互作用。此外容易造成過熱及/或需要冷卻，于使用過程中會發(fā)展出各種信號失真?？偨Y(jié)而言，前述問題造成’260裝置無效、笨重且制造成本昂貴。此外，于磁極換向時存在有長期零或反向作用力于線圈。
為了解決若干前述缺點，設(shè)計師嘗試約束逸距離，且設(shè)計相對扁平的轉(zhuǎn)換器。例如Sakamoto等人之美國專利第5,668,886號說明一種揚聲器，其具有二帶有相同磁極彼此面對面的磁鐵，藉相對的框件而夾持定位。含鐵芯板插置于二磁鐵間。柱狀音圈定位套住磁鐵及芯板。隔膜安裝成套住音圈外周邊?！?86裝置顯然類似于動態(tài)轉(zhuǎn)換器，但使用含鐵芯板來導(dǎo)引單一徑向放射磁場向外?！?86裝置仍然相當(dāng)重而需要一個高的柱狀驅(qū)動線圈來于近距離范圍與磁場交互作用。
Sato等人之美國專利第5,764,784號之裝置描述了固定至扁平殼體內(nèi)表面之單一盤狀磁鐵。殼體內(nèi)部有一隔膜與磁鐵隔開。相對短的中空柱狀驅(qū)動線圈系與磁鐵同軸，且固定至隔膜的相對面。根據(jù)’784，發(fā)明人此種配置可減少電力耗用、減薄厚度、及提高效率。但’784裝置之缺點為，隔膜受限于使用期間的行進(jìn)距離有限，原因在于若輸入信號夠強，則隔膜快速撞擊磁鐵面。此外’784驅(qū)動線圈在其游逸行進(jìn)過程中系完全沉浸于對稱磁場。如此影響信號純度而可能構(gòu)成信號失真來源。
Hansen之美國專利第5,905,805號說明一種帶有圓形中心隔膜之轉(zhuǎn)換器。扁平平面驅(qū)動線圈形成于隔膜之一表面上，設(shè)置一對相對柱狀磁鐵，一磁鐵與隔膜之各側(cè)邊隔開。磁鐵呈互斥組態(tài)，相同磁極彼此面對面。如此產(chǎn)生徑向放射磁場。但如同’784裝置，’805裝置也受限于隔膜撞擊柱狀磁鐵之一之前可行進(jìn)的距離。此項設(shè)計也有平面線圈繞線與徑向放射磁場間交互作用量相對小的問題。
如此需要有一轉(zhuǎn)換器其可避免前述缺點。理想上此種轉(zhuǎn)換器也需輕薄短小。其驅(qū)動線圈可與磁場有效交互作用，而于較大頻譜范圍產(chǎn)生較高反應(yīng)的線性。此外，此種改良式轉(zhuǎn)換器不會過熱或無需冷卻，如此可于操作期間維持較高且較為一致的功率輸出。同理，每單位裝置重量可供利用之功率輸出較大，且線圈有較大游逸距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對滿足如此處討論之此等及其它需求。說明一種電磁轉(zhuǎn)換器，其具有磁鐵總成及感應(yīng)驅(qū)動線圈。該磁鐵總成包括第一及第二相對之外磁極面以及徑向向外放射的磁場。感應(yīng)式驅(qū)動線圈為扁平環(huán)狀線圈，其系成形為寬度大于或等于高度。驅(qū)動線圈系位于磁鐵總成之徑向放射磁場。磁鐵總成與驅(qū)動線圈間存在有一空間，故使用期間，驅(qū)動線圈未與磁鐵總成作實體接觸。驅(qū)動線圈沿游逸路徑移動，其中至少部分游逸路徑位于磁鐵總成之外磁極面間。組裝后，驅(qū)動線圈系安裝于磁鐵總成附近，故使用時介于其間可產(chǎn)生相對軸向移動。當(dāng)用作為電動機時，電流供給線圈，造成線圈及磁鐵彼此相對移動。當(dāng)用作為發(fā)電機時，驅(qū)動線圈相對于磁鐵的外部實體移動，造成驅(qū)動線圈產(chǎn)生對應(yīng)電流。
根據(jù)本發(fā)明之其它方面，磁鐵總成可成形為軸向或徑向磁化。此外，可使用單一磁鐵或多個磁鐵可以相同磁極彼此面對面配置。一具體實施例中，磁鐵總成系由一對軸向盤狀磁鐵形成。盤狀磁鐵包括直徑尺寸。驅(qū)動線圈之內(nèi)徑尺寸系大于盤狀磁鐵的直徑，故驅(qū)動線圈套住盤狀磁鐵。另一具體實施例中，磁鐵總成包括二軸向環(huán)狀磁鐵。環(huán)狀磁鐵形成向外放射的磁場以及向內(nèi)放射的磁場。驅(qū)動線圈為環(huán)形且可位于二磁場之任一磁場。
根據(jù)本發(fā)明之其它方面，可使用多種磁鐵總成形狀，例如拱形磁鐵或矩形磁鐵。
根據(jù)又其它方面，說明各種揚聲器裝置及麥克風(fēng)裝置，各別系根據(jù)本發(fā)明制成。


前述本發(fā)明方面以及多項其它伴隨優(yōu)點通過參照附圖的后文詳細(xì)說明將更為明了，附圖中圖1顯示先前技術(shù)永久磁鐵電動機總成之測試圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明組成之永久磁鐵電動機總成之第一具體實施例之測試圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第一具體實施例之透視圖；圖4為圖3線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖5為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第二具體實施例之透視圖；圖6為圖5線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖7為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第三具體實施例之透視圖；圖8為圖7線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖9為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第四具體實施例之透視圖；圖10為圖9線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖11為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第五具體實施例之透視圖；圖12為圖11線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖13為根據(jù)本發(fā)明制成之驅(qū)動線圈第六具體實施例之透視圖；圖14為圖13線圈之剖面?zhèn)纫晥D；圖15為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器之另一具體實施例之剖面?zhèn)纫晥D，顯示介面元件；圖16、17及18為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器之其它替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，說明隔件、端蓋、及彼此隔開之磁鐵配置之用途；圖19、20、21及22為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器之又一替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，說明環(huán)狀磁鐵之用途；圖23、24、25及26為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器之又有其它替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，說明單磁鐵及多磁鐵配置之用途；圖27、28、29、30、31、32及33為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器之又有其它替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，顯示各種環(huán)狀磁鐵配置；
圖34、35及36為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器的其它替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，顯示有同心環(huán)狀及/或盤狀磁鐵配置；圖37、38、39、40、41、42、43及44為根據(jù)本發(fā)明制成之轉(zhuǎn)換器的其它替代具體實施例之剖面示意側(cè)視圖，顯示具有非圓形磁鐵配置；圖45為根據(jù)本發(fā)明形成之支持體裝置范例之示意透視圖；圖46為根據(jù)本發(fā)明形成之揚聲器具體實施例之示意側(cè)視圖；圖47、48及49為根據(jù)本發(fā)明形成之周圍范例示意透視圖；圖50及51為根據(jù)本發(fā)明制成且有活動式磁鐵總成之另一揚聲器具體實施例之示意側(cè)視圖；圖52為揚聲器范例之示意平面圖顯示支持體具體實施例；圖53為二揚聲器總成之示意側(cè)視圖，其各自嵌入本發(fā)明揚聲器，替代已有磁鐵系統(tǒng)及柱狀線圖；圖54為具有雙重轉(zhuǎn)換器及隔膜之電動機/發(fā)電機配置之示意側(cè)視圖；圖55、56及57為根據(jù)本發(fā)明制成之麥克風(fēng)之示意側(cè)視圖，各自有固定式磁鐵總成以及活動式隔膜；圖58為根據(jù)本發(fā)明制成之麥克風(fēng)之示意側(cè)視圖，且具有活動式磁鐵總成；圖59、60及61為根據(jù)本發(fā)明制成之麥克風(fēng)之各種單極具體實施例之示意側(cè)視圖；圖62、63及64為支持體范例之示意平面圖；以及圖65及66為根據(jù)本發(fā)明制成之二揚聲器/麥克風(fēng)具體實施例之示意側(cè)視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器電動機及/或發(fā)電機總成，尤其止回轉(zhuǎn)換器總成構(gòu)造。本發(fā)明用于極低頻至超音波頻譜及射頻頻譜范圍的多項用途包括聲音裝置、繼電器、開關(guān)、振蕩器以及其它能量轉(zhuǎn)換裝置，用作為感應(yīng)器及信號發(fā)射器。
現(xiàn)在概略參照圖2，永久磁鐵總成50設(shè)置用以往復(fù)在水平面54形成的載流導(dǎo)體52。磁鐵總成提供磁場，磁場向外延伸且橫向于垂直或軸向磁鐵方向(本說明中提供之方向僅參照附圖之用。使用時“垂直”方向?qū)嶋H上可能為水平或呈一夾角方向，而“水平”方向可能為垂直或呈一夾角方向)。導(dǎo)體52藉多種裝置(例如中介面材料及/或套住支持體結(jié)構(gòu))而與總成50之外表面56隔開。根據(jù)本發(fā)明，傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈的總高度小于或等于由線圈內(nèi)部尺寸與外部尺寸間之差異所界定的其總徑向?qū)挾取４朔N線圈于此處通常稱作為扁平環(huán)狀線圈。
流經(jīng)導(dǎo)體52的交流電造成導(dǎo)體52于箭頭62方向大致為磁鐵總成50之軸向方向往復(fù)。若有其它元件附著于驅(qū)動線圈，則此等其它元件也可一起往復(fù)。當(dāng)如此配置時，轉(zhuǎn)換器于此處通稱為電動機。另外，轉(zhuǎn)換器可用作為發(fā)電機，該種情況下，透過線圈相對于磁鐵總成之移動將移動轉(zhuǎn)換成電信號。若轉(zhuǎn)換器用作為發(fā)電機，則外部機械擺動，造成線圈于磁鐵總成提供之磁場內(nèi)部移動。此種移動于線圈產(chǎn)生對應(yīng)電流。
仍然參照圖2之具體實施例說明進(jìn)一步細(xì)節(jié)，向外放射之磁場經(jīng)由將帶有相同磁極彼此面對面(換言之于南-南或北-北排列)之二磁鐵定位產(chǎn)生。圖2之磁鐵總成包括第一及第二永久盤狀磁鐵64、66，各自于軸向方向磁化。圖2磁鐵總成之軸線標(biāo)示為72。通過將相同磁極定位為面對面，磁通線由第一及第二磁鐵之相對表面沿徑向方向向外放射，亦即在平行于磁極面方向且橫過其軸向磁化方向放射。第一及第二磁鐵產(chǎn)生磁通線，磁通線由第一及第二磁鐵在徑向方向向外散出并返回其相對磁極。圖2中，第一及第二盤狀磁鐵定位成彼此恰成面對面，且于向外放射磁場位置有相等直徑。
各種線圈排列皆屬可能，其若干范例舉例說明于圖3-14。通常驅(qū)動線圈具有環(huán)形，環(huán)形高度H及寬度W。線圈高度定義為其繞線上表面與下表面間距。線圈寬度定義為線圈內(nèi)外水平尺寸間距。例如使用圓形驅(qū)動線圈，寬度定義為線圈內(nèi)徑與外徑間之徑向間距。根據(jù)本發(fā)明之教導(dǎo)，線圈寬度至少等于線圈高度。因此理由的原因，本發(fā)明線圈總體定義為扁平環(huán)狀線圈。
驅(qū)動線圈較佳為扁平環(huán)，以其內(nèi)徑為中心作螺旋繞線。在圖3及4之具體實施例中，繞線具有圓形截面。圖5及6中截面形狀為矩形。圖7及8之具體實施例顯示驅(qū)動線圈由單層直立帶狀導(dǎo)線繞線組成。圖9及10中，驅(qū)動線圈由單層直立扁平導(dǎo)線單層繞線組成。圖7-10中，夸張繞線間距以供舉例說明。多項用途中，繞線可更為緊密。圖11及12顯示橫導(dǎo)線之單匝繞線。圖13及14顯示橫導(dǎo)線之多匝繞線。此外某些具體實施例中，驅(qū)動線圈可由多層繞線形成(參考圖5及6)。
回頭參照圖9及10，驅(qū)動線圈為在直立方向螺旋卷繞之矩形扁平導(dǎo)線。發(fā)明人目前了解使用扁平或帶狀導(dǎo)線來替代圓形導(dǎo)線作線圈，可提高轉(zhuǎn)換效能，原因在于隨著距離磁場來源距離的增加磁場強度減弱。扁平或帶狀導(dǎo)線更適合用作為驅(qū)動線圈，更多匝繞線可更緊密堆疊于磁鐵來源。導(dǎo)線以其寬邊為垂直方向繞線，此處導(dǎo)線高度平行于裝置的縱軸(類似一卷膠帶)。使用扁平導(dǎo)線截面比3∶1(高度∶寬度)可獲得絕佳實驗結(jié)果，導(dǎo)線高度處于豎直軸，磁通線之可能數(shù)目愈多，則當(dāng)沉浸于徑向磁場時可橫過線圈繞線。某些情況下依據(jù)特定用途而定，4∶1或甚至8∶1導(dǎo)線截面比可提供優(yōu)勢。具有較大高度對寬度比(換言之五或大于一)之感應(yīng)導(dǎo)線可概略稱作為帶狀導(dǎo)線。
線圈也可由感應(yīng)合金涂覆于薄介電材料(例如塑膠)制成之導(dǎo)線制成。某些情況下，導(dǎo)線可為平面排列(亦即直接成形于隔膜或其它支持件上)，該種情況下導(dǎo)線之寬邊為水平。但此種配置比扁平導(dǎo)線之直立帶狀繞線用于某些用途效果較差。
各種情況下，整體線圈高度趨近于其徑向?qū)挾?，但未超越徑向?qū)挾取］^佳具體實施例中，線圈有無數(shù)匝繞線，線圈寬度顯著大于高度。驅(qū)動線圈就形狀以及材料組成而言可由不同類型的導(dǎo)線制成。材料的選擇大半是依據(jù)轉(zhuǎn)換器特定用途期望的效能特性決定。導(dǎo)線的選擇也受到例如輸出功率、頻率范圍及裝置實體大小等因素的影響。
當(dāng)設(shè)計用于特定用途之轉(zhuǎn)換器時，總線圈高度不可過大，否則線圈部分將無法與磁場有效交互作用，因而可能造成轉(zhuǎn)換器不必要的加重及變厚。
組裝后，驅(qū)動線圈位在磁鐵外側(cè)，因而造成線圈位在向外放射的磁場，此處線圈與磁場的交互作用為最佳化。驅(qū)動線圈與磁鐵同心，線圈軸與磁鐵軸共享。線圈本體處于垂直元件縱軸的水平面。由于線圈大致處于對稱水平面，線圈橫向分割第一及第二磁區(qū)。因此磁鐵總成跨水平面為兩側(cè)對稱。一半磁鐵可視為彼此的鏡像且線圈位于鏡子位置，或位于其本身之水平面。(由數(shù)學(xué)觀點視之，水平對稱面只有徑向磁場向量分量而無軸向分量。于此平面上方及下方，磁場包括徑向分量及軸向分量)。
在發(fā)散徑向磁場，此處磁場由盤狀磁鐵外表面向外展開，驅(qū)動線圈之內(nèi)徑尺寸略大于第一及第二盤狀線圈外徑。如圖2所示，驅(qū)動線圈與磁鐵間有個狹窄空間s。此種空間s較佳盡可能地小，而未造成使用期間驅(qū)動線圈接觸磁鐵。例如在一具體實施例，間隔s處于約0.5毫米至約5.0毫米之范圍。但需了解空間大小較佳的是與磁鐵大小成正比。磁鐵愈大，則產(chǎn)生的磁場愈大，且容許空間大小愈大。線圈與磁鐵不接觸位置允許線圈可于磁鐵總成周邊在期望的線圈游逸距離以內(nèi)上下自由移動。如此驅(qū)動線圈并未被磁鐵所直接物理妨礙。線圈接近磁鐵，線圈與磁場維持緊密關(guān)系，此處磁場密度最強。通常空間s之大小、驅(qū)動線圈組態(tài)類型、以及使用之材料類型將依據(jù)預(yù)定磁場強度、期望輸入以及所需轉(zhuǎn)換器效能決定。
用作為電動機時，電流供給線圈，造成線圈相對于磁鐵總成移動。另外若轉(zhuǎn)換器用作為發(fā)電機，則外部擺動造成線圈在磁鐵總成提供的磁場內(nèi)部移動。此種移動對應(yīng)地于線圈產(chǎn)生電流。
使用前文基本發(fā)明說明可做出無數(shù)變化，各變化細(xì)節(jié)說明如后。其中一項變化是使用撓性介面元件在磁鐵總成與驅(qū)動線圈間。介面元件可輔助轉(zhuǎn)換器的制造。也可用來變更驅(qū)動線圈的反應(yīng)及/或限制線圈的游逸距離。另一項變化系使用隔件、端蓋、徑向磁鐵及多個圓盤來輔助成形磁鐵總成向外放射的磁場形狀。又另一項變化為形成只帶有單一磁鐵的磁鐵總成。另外磁鐵總成可使用多于兩個磁鐵制成。
依據(jù)磁鐵總成配置以及所需特定性能特性，一可選擇性的撓性介面元件80可用于此種空間。圖15所示具體實施例，介面元件位于第一與第二磁鐵間，且直接粘附于磁鐵彼此面對的表面。如此，介面元件位于裝置水平面，介面元件之頂面系膠粘至頂磁鐵底面，介面元件底面系膠粘至底磁鐵頂面。(另外且依據(jù)組態(tài)決定，介面元件并非連結(jié)至盤形磁鐵，介面元件可連結(jié)至隔件、徑向磁鐵、環(huán)狀磁鐵或若干其它形狀之磁鐵呈磁鐵對或單一磁鐵。參考后文有關(guān)此等元件之說明)。
介面元件附著至驅(qū)動線圈較佳的是不會妨礙線圈擺動，但又足夠牢靠強勁，若有所需，足以阻尼線圈移動接近游逸限度。圖15，介面元件為圓形，其外周邊粘著于驅(qū)動線圈內(nèi)周邊。任一種公知附著方法皆可考慮使用，包括連結(jié)、粘著等方法。另外，驅(qū)動線圈可附著至介面元件上或下表面。在驅(qū)動線圈有多重堆疊繞線時，驅(qū)動線圈可附著至介面元件之上下表面。
驅(qū)動線圈相對于磁鐵之移動系發(fā)生于沿稱作為“游逸路徑”的路徑，于此處標(biāo)示為“e”。線圈游逸路徑為操作期間線圈相對于磁鐵總成行進(jìn)的垂直距離。如前述，介面元件可用以在線圈游逸路徑以內(nèi)變更線圈的移動，及/或于線圈游逸路徑限度阻尼線圈的移動。介面大小及材料依據(jù)使用驅(qū)動線圈形式、磁場強度、預(yù)期輸入、以及預(yù)定轉(zhuǎn)換器性能決定。
發(fā)明人了解此時介面材料的選擇主要依據(jù)裝置頻率范圍以及預(yù)定阻尼性質(zhì)。例如在低頻，無需介面元件(參考第2及18圖)或只使用極有撓性之薄材料。藉此方式材料不會過度阻尼所需大游逸路徑。以連續(xù)較高頻為例，較薄且較硬挺的材料為此等元件介面之適當(dāng)選擇。隨著頻率的增高，游逸路徑長度成比例縮短。通常游逸距離大小將依輸入頻率改變。頻率較小，結(jié)果導(dǎo)致游逸距離成比例地縮小。
向外放射磁場之成形可使用隔件、端蓋及徑向磁鐵實現(xiàn)。參照圖16，環(huán)形含鐵隔件90設(shè)置于第一與第二盤狀磁鐵間。圖17中，圓形含鐵端蓋92、92’用于第一及第二磁鐵上下方來成形磁性返回路徑。一具體實施例中，隔件、端蓋及盤狀磁鐵之直徑相等。另外隔件及端蓋可由非鐵材質(zhì)制成(例如介電材質(zhì)，亦即木、骨、塑膠等或?qū)щ姴馁|(zhì)亦即鐵、鋅、鋁、銀等，或全部或部分此等材質(zhì)的合金組合)，或隔件或端蓋可具有不等尺寸。此外隔件及/或端蓋可獲得無數(shù)形狀例如盤狀、環(huán)狀、桿狀等。含鐵隔件及端蓋相對于磁鐵或相對于彼此可具有相等、較小或較大尺寸。非鐵隔件及端蓋較佳比磁鐵本身尺寸較小或相等(直徑或其它相關(guān)寬度尺寸為較小或相等)。例如當(dāng)使用盤狀磁鐵時，隔件及端蓋之直徑小于盤狀磁鐵直徑?？偠灾?，特定尺寸及材料將依據(jù)指定用途預(yù)定的磁通線形狀決定。
圖18未使用介面元件、隔件或端蓋。取而代之，第一及第二磁鐵位置彼此隔開，因而介于其間形成開放空間。如此也對向外放射的輻射狀磁場形狀有影響。(此種隔開關(guān)系類似圖45所示元件170，可使用第二結(jié)構(gòu)件達(dá)成)。
參照圖19，徑向磁化之永久環(huán)狀磁鐵100具有與第一及第二磁鐵之相對磁極相反磁性的徑向內(nèi)磁極、以及與相對磁極相同極性的徑向外磁極。此種配置將磁鐵總成之磁場成形為在總成全長之較高百分比有較為均勻的徑向磁場。在徑向磁鐵，磁場由環(huán)狀結(jié)構(gòu)之側(cè)邊或周邊發(fā)出，故彎曲之外側(cè)面及內(nèi)側(cè)面實際為磁極面。平坦環(huán)狀線圈套住單一環(huán)狀徑向磁鐵中間高度，或位于磁鐵內(nèi)徑內(nèi)側(cè)。若在磁鐵總成使用多于一個環(huán)狀磁鐵，則驅(qū)動線圈位于水平面中心，該水平面獲得最大磁通密度。隔件94或氣態(tài)開口可設(shè)置于磁極與徑向磁鐵間(參考圖20及21)或位于復(fù)數(shù)個徑向磁鐵間(參考圖22)。
于又另一具體實施例，磁鐵總成只形成有單一磁鐵。參考圖23。單一磁鐵總成特別可用于較高頻用途，此處預(yù)期游逸距離尺寸較小。但在軸向磁鐵系統(tǒng)，扁平環(huán)狀線圈位置非位于磁鐵中央高度。雖然此種排列對于建立物理對稱(跨水平面兩側(cè)對稱)為正確，但跨線圈之磁場線不正確。于此位置，線圈未暴露于徑向放射磁場，因此未處于其與相關(guān)磁鐵的最脆弱互動位置。本發(fā)明之驅(qū)動線圈當(dāng)置于下述磁場區(qū)時最有效，該磁場區(qū)之徑向磁向量大于軸向磁向量。當(dāng)軸向磁分量大于徑向磁分量時，線圈效能減弱。如此在單一磁鐵軸向總成，驅(qū)動線圈的位置位于磁鐵磁極面區(qū)域，磁極面約略位于游逸范圍的中點。為了有效操作，驅(qū)動線圈可處于會聚或發(fā)散磁場設(shè)計，在磁極面上方及下方環(huán)繞磁鐵總成自由移動。如此維持線圈位于徑向放射磁通密度最強區(qū)范圍內(nèi)。
對于單一磁鐵，輻射源來自于接近(于軸向定向磁化)磁鐵面及磁鐵側(cè)角隅的邊帶磁場。此種輻射區(qū)出現(xiàn)于狹窄區(qū)，略高于或低于磁鐵表面，接近于磁場為最強的磁鐵角隅。磁通線平行于磁極面表面向外放射。此種徑向放射對扁平環(huán)狀線圈之效能最有效。原因在于磁通線之最大密度略高于或低于磁極面，對線圈可于此區(qū)自由振蕩變得相當(dāng)重要。
在單一軸向磁鐵系統(tǒng)，驅(qū)動線圈之位置較佳足夠接近磁鐵外表面，故由磁鐵磁極面放射之磁場于磁極面橫向向外放射，且大致上于磁極面上方及下方系以對稱角度放射。在單一軸向磁鐵配置中，驅(qū)動線圈之最強互動位置齊平磁鐵磁極面，以經(jīng)由扁平驅(qū)動線圈獲得最大徑向磁場。此外，驅(qū)動線圈寬度無需由磁鐵總成延伸距離過大，原因在于隨著距磁鐵之徑向距離的增加，在磁極表面平面上方及下方之徑向放射磁場變成愈來愈不對稱。在較遠(yuǎn)區(qū)，磁場也變成較微弱而較不適合使用。換言之，隨著遠(yuǎn)離磁場，磁場強度以及對稱性皆下降。較為接近磁場，此等特性增高。如此在決定驅(qū)動線圈之繞線大小及繞線數(shù)目時，必須考慮以磁極面為中心之磁場強度及水平對稱性。
對單一徑向環(huán)狀磁鐵而言，參考圖32，水平面將水平交叉該環(huán)之中央高度。此種位置為徑向磁場強度為最大的磁對稱面。若有數(shù)個徑向環(huán)狀磁鐵彼此向上堆疊，則水平對稱面位于具有最大磁通密度區(qū)域的中央。此種定位于平面上下方產(chǎn)生類似的磁場樣式。兩側(cè)場對稱為形成清晰信號的重要因素。
如圖24所示，各種端蓋可用以進(jìn)一步形成向外放射磁場。圖24也顯示扁平驅(qū)動線圈52’透過成形件108而連結(jié)至第一扁平驅(qū)動線圈52。另外，第二驅(qū)動線圈52’可未連結(jié)至第一驅(qū)動線圈，例如獲得不同頻率。
圖25及26說明其中磁鐵總成包括數(shù)個磁鐵彼此向上堆疊排列之配置。磁鐵排列成相同磁極彼此相對。驅(qū)動線圈可利用于各個徑向放射磁場。一個選擇性的成形件108連結(jié)線圈而提供接合移動。磁鐵總成也形成磁鐵組合，該磁鐵組合之磁化具有徑向及軸向方向性(參考圖22)。另外，磁鐵總成可只包括徑向定向磁鐵、或只包括軸向定向磁鐵。
前述具體實施例說明套住徑向發(fā)散磁場(亦即圓形向外散出)的驅(qū)動線圈。第二主具體實施例包括一驅(qū)動線圈定位于徑向收斂磁場(亦即沿徑向方向向內(nèi)移動)的內(nèi)部。參照圖27，磁鐵總成包括軸向方向永久磁化的第一及第二環(huán)狀磁鐵。本具體實施例中，環(huán)狀磁鐵彼此向上堆疊齊平，相同磁極彼此相對。以環(huán)狀磁鐵外徑為中心形成發(fā)散徑向磁場；以及以環(huán)狀磁鐵內(nèi)徑為中心形成收斂徑向磁場。驅(qū)動線圈可位于放射磁場之一或另一。
線圈導(dǎo)線截面涵蓋此處所述多種幾何形狀之任一，當(dāng)存在有多于一個驅(qū)動線圈時，截面形狀無需類似。在收斂磁場，驅(qū)動線圈外徑略小于環(huán)狀磁鐵內(nèi)徑，故線圈可沿垂直游逸路徑在環(huán)狀磁鐵內(nèi)部自由移動。在發(fā)散磁場，驅(qū)動線圈內(nèi)徑大于環(huán)狀磁鐵外徑。驅(qū)動線圈保持接近磁鐵，但未接觸磁鐵，或與磁鐵物理沖突。由于磁場恰在環(huán)狀線圈內(nèi)緣及外緣外側(cè)為最強，故線圈較佳是盡可能放置于最接近磁鐵，以利用最大可利用的磁通密度。
圖28-33顯示類似前文就盤狀磁鐵所述之另一具體實施例。多個或單個環(huán)狀磁鐵(徑向或軸向磁化)、內(nèi)及外驅(qū)動線圈、撓性介面元件、隔件、開放隔件、端蓋、軸向盤狀磁鐵及成形件也可以各種組合用來形成有特定形狀及特定強度的磁場。圖27-33僅顯示部分可能的排列。圖32中，驅(qū)動線圈相對于單一徑向環(huán)狀磁鐵位置位在磁鐵中間高度，該高度為磁通密度最大的水平面，環(huán)繞此平面提供最大磁場對稱性。
參照圖34、35及36，多個環(huán)狀線圈可用來形成多個發(fā)散及/或收斂之徑向放射磁場。也可提供有不同大小及磁場強度之磁鐵對。各種排列為包括同心磁鐵或磁鐵對的磁鐵總成。圖34，磁鐵總成使用位于軸向環(huán)狀磁鐵對64’、66’內(nèi)部之軸向盤狀磁鐵對64、66。盤狀磁鐵及環(huán)狀磁鐵皆定位成相同磁極彼此相對，但具有相反極性(換言之盤狀磁鐵南極彼此相對，而環(huán)狀磁鐵之北極彼此相對，反之亦然)。如所示共設(shè)置三個驅(qū)動線圈。一線圈52套住盤狀磁鐵總成外徑。另一線圈52’位于環(huán)狀磁鐵總成內(nèi)徑，最后，第三線圈52’位于環(huán)狀磁鐵總成外徑。如圖35及36所示，徑向環(huán)狀磁鐵取代一或多個成對同心磁鐵對。
前述非同心具體實施例(例如參考圖2)中，由于磁路未能經(jīng)由線圈的外周邊完成電路本身，故驅(qū)動線圈系浸于開放場。換言之，扁平環(huán)狀線圈浸于一或多個磁鐵之磁單極源。介于線圈與磁鐵間有單一邊界。線圈的外周邊無界限。若磁路關(guān)閉，則該區(qū)稱作為雙極間隙。雙極間隙表示封閉場。封閉場中，線圈內(nèi)徑及外徑由磁鐵表面之近端所界限。
對有同心磁鐵或磁鐵對之具體實施例而言，形成于同心磁鐵間之磁場包括一區(qū)，該區(qū)作為非均勻?qū)掚p極間隙。此區(qū)中，開始及返回的磁徑處于徑向方向產(chǎn)生，且行進(jìn)于同心磁鐵的相反磁極間。實際上，寬間隙徑向磁場由兩個具有相反極性的有效單磁極組成，兩個有效單磁極共同關(guān)閉于平坦水平面的電路，因而形成非均勻間隙。在此區(qū)內(nèi)，相反磁極聚焦，且以較為緊密之水平圖案經(jīng)由線圈加強磁通密度，由于需要相對寬的驅(qū)動線圈，故本發(fā)明之雙極間隙區(qū)相當(dāng)寬。隨著雙極間隙尺寸的增加，其中磁通均勻度降低。因此寬間隙提供磁場均勻度的降低。此點與先前技術(shù)之窄隙均勻雙極磁場相反，該種磁場并非本發(fā)明轉(zhuǎn)換器所關(guān)心的。如此本發(fā)明之扁平環(huán)狀線圈浸于非均勻磁場，該磁場來自于封閉場(雙邊界)磁鐵總成或開放場(單邊界)磁鐵總成。如前文說明多種不同磁鐵配置也可形成此種非均勻磁場。
多種其它磁鐵總成形狀亦屬可能。例如圖37顯示拱形磁鐵對120、120’及有類似形狀之驅(qū)動線圈52。第38圖顯示多個拱形磁鐵，其組合而形成概略圓形。一種配置中，各拱形段為一磁鐵對。另一配置中，磁鐵對120、120’交替而有非磁性拱形材料130間隔于其間。圖39、40及41顯示方形永久磁鐵140、磁鐵對140、142及一或多個方形驅(qū)動線圈52、55’之透視圖。第42、43及44圖顯示矩形磁鐵140、矩形磁鐵對140、142以及一或多個矩形驅(qū)動線圈52、52’之使用。在圖44之具體實施例中，多種非磁性材料150置于二棒狀磁鐵對間而形成方圈形。方形外驅(qū)動線圈52用來套住整個方形，方形內(nèi)驅(qū)動線圈52用于整個方形內(nèi)部。
磁鐵總成可由任何數(shù)目的已知裝置支持。例如磁鐵可固定至蓋板，驅(qū)動線圈透過彈簧或其它可壓縮材料而連結(jié)至蓋板。此外，因轉(zhuǎn)換器用于音響裝置或開關(guān)或繼電器，故驅(qū)動線圈可附著至可設(shè)置用作為傳動器的元件，例如十字軸、隔膜、外部介面或撓性件(例如泡沫體)。例如于圖45，泡沫體介面元件160用來將驅(qū)動線圈外周邊附著至支持體170。此種支持附著裝置通?？蓱?yīng)用于收斂及發(fā)散型磁鐵排列。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，可使用多種類型支持裝置。本發(fā)明轉(zhuǎn)換器之獨特之處在于其使用位于徑向放射場之扁平環(huán)狀驅(qū)動線圈。支持裝置是第二特色，且部分是依據(jù)轉(zhuǎn)換器之期望用途決定。
此外，實體上小型轉(zhuǎn)換器可使用對應(yīng)的小型磁鐵總成制造。由于小型磁鐵之質(zhì)量小，故其慣量較小，而移位需要的力量較小。因此理由，根據(jù)本發(fā)明形成的小型轉(zhuǎn)換器可以當(dāng)磁鐵總成擺動時夾持驅(qū)動線圈固定之方式組成；或另外，磁鐵總成及驅(qū)動線圈二者都允許擺動。發(fā)現(xiàn)驅(qū)動線圈及磁線總成二者皆未夾持固定時實驗也獲成功，但移動與支持裝置獨立無關(guān)，因此驅(qū)動線圈及磁鐵總成自由互動。
研讀前文可了解本發(fā)明轉(zhuǎn)換器設(shè)計成獲得最大驅(qū)動線圈游逸，同時縮小轉(zhuǎn)換器之垂直尺寸，讓轉(zhuǎn)換器的整體變成更扁平。轉(zhuǎn)換器以其縱軸為中心呈軸向?qū)ΨQ，垂直于垂直軸之水平面為兩側(cè)對稱。對此種設(shè)計，裝置可組成涵蓋寬度范圍之頻率由極低頻、至超單波以及至射頻頻譜。
對稱性對于維持通過寬頻頻譜之反應(yīng)呈線性反應(yīng)、以及維持信號失真至最低而言相當(dāng)重要。裝置外觀之物理對稱絕對可反應(yīng)其磁場對稱性。如此表示水平面上下方之兩側(cè)磁場對稱性，有助于信號更順利地通過驅(qū)動線圈游逸。多種先前技術(shù)轉(zhuǎn)換器由于磁鐵總成及磁極件架構(gòu)而有因?qū)ΨQ性缺乏造成的信號失真問題。此等先前技術(shù)轉(zhuǎn)換器有軸向?qū)ΨQ性，而無跨水平面之對稱性，本發(fā)明轉(zhuǎn)換器之磁鐵總成于線圈上方以及線圈下方為對稱。線圈位置系以其水平面表面，且將磁鐵總成平分為兩等分。一半位于線圈上方，另一半位于線圈下方，故線圈系位于磁鐵系統(tǒng)中央，于總成內(nèi)側(cè)或包圍總成的外側(cè)。磁鐵系統(tǒng)中央為含有兩個或兩個以上軸向磁化磁鐵的磁鐵總成、或具有一個或一個以上徑向磁化磁鐵的磁鐵總成之徑向磁場的最大磁通密度所在位置。如此水平面表示磁場最強部分。此乃為何線圈置于磁區(qū)，來接收來自于磁鐵總成的最大磁場強度。于此位置也可就場線幾何獲得對稱平衡。扁平環(huán)狀線圈可縮小磁鐵總成尺寸及減輕重量，通過替代于徑向產(chǎn)生磁性系統(tǒng)之柱狀線圈可大為提高性能。
相對先前技術(shù)，本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器為止回路徑裝置，于本發(fā)明之最實際實例，該轉(zhuǎn)換器為互斥場止回路徑轉(zhuǎn)換器。如此命名的理由為裝置是在單極徑向產(chǎn)生的磁場操作，此處相反磁極未能貢獻(xiàn)于線圈。換言之，相反磁極未對準(zhǔn)線圈平面，為了關(guān)閉磁路，磁通線可于其于線圈通過之相反方向彎曲返回路徑達(dá)180度且位在某個間隔距離。先前止回路徑未能利用二磁極來作線圈互動。止回路徑轉(zhuǎn)換器有個線圈其每次與磁場的一個磁極互動。該線圈未同時使用開始路徑及返回路徑，反而是在不同時間使用。有效單極為止回路徑之特定區(qū)，亦即為最強部分。在非止回路徑裝置，線圈浸于均勻雙極間隔。線圈可察覺開始路徑及返回路徑的影響。
本發(fā)明轉(zhuǎn)換器之各具體實施例利用徑向產(chǎn)生之磁場或出現(xiàn)或產(chǎn)生徑向線之磁鐵段。于本發(fā)明重要地扁平環(huán)狀線圈系浸于徑向場，且線圈為扁平，換言之線圈寬度等于或大于線圈高度。然后本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器配置為扁平環(huán)狀線圈定位于可于徑向產(chǎn)生之磁場最有效發(fā)揮作用位置。徑向磁場通過扁平環(huán)狀線圈的目的是為了確保線圈的全部繞線皆同時浸于放射磁通線。特別當(dāng)扁平導(dǎo)線繞線帶有導(dǎo)線寬邊系平行縱軸時，當(dāng)線圈系沉浸于徑向磁場時，最大量磁通線可橫過線圈繞線。
在一組緊密堆疊的繞線，導(dǎo)線接觸表面積愈大，則既有小電容之增加愈大。在扁平寬導(dǎo)線或帶狀導(dǎo)線線圈，電容增加相當(dāng)大。這對線圈增加容抗成分。隨著轉(zhuǎn)換器頻率的增高，容抗下降。兩者成反比。電抗為在交流系統(tǒng)對原有直流電阻增加更多電阻。如此扁平導(dǎo)線線圈隨著頻率的增高而本身的電阻下降。如此讓線圈更有效。實驗顯示本發(fā)明扁平環(huán)狀線圈之特有性質(zhì)可提供性能優(yōu)勢。
扁平環(huán)狀線圈也提供優(yōu)于多層柱狀線圈的優(yōu)勢。線圈本身的平坦以及線圈非為實心盤狀線圈反而是環(huán)狀線圈，傾向于降低感抗，線圈外徑愈大，則感抗愈小。由于于扁平環(huán)狀線圈連續(xù)繞線繼續(xù)延長線圈的直徑，故隨著繞線的增多，感抗持續(xù)降低。此種性質(zhì)有助于對額外繞線造成線圈電阻的增加而維持電阻降至最小值。
恰如同頻率影響容抗，頻率也影響感抗。但對感抗而言，頻率以線性正比關(guān)系改變。如此表示低頻時感抗為最低，于高頻時促成電阻較高。
經(jīng)由線圈實體構(gòu)造、容抗及感抗造成在整個線圈頻率范圍整體電阻的下降，全部皆促成轉(zhuǎn)換器電磁系統(tǒng)之線圈反電磁力(CEMF)的降低。CEMF減低可降低阻尼效應(yīng)，通過在操作期間對裝置提供更多電力而改良裝置性能。
線圈之扁平環(huán)狀、磁鐵總成之雙軸對稱性、電容增高以及感抗降低，構(gòu)成協(xié)同效果，相對于柱狀線圈及磁極轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生更為線性且更不失真的信號。信號濾波不再需要增加電子元件。額外電子元件促成非期望的相偏移程度。由于毀滅性波干涉對波形具有抵消效應(yīng)，故相偏移降低輸出信號強度。如此本發(fā)明線圈于寬頻頻譜為自我調(diào)節(jié)且自我濾波。
其它本發(fā)明之優(yōu)點為可完全免除笨重龐大的磁極件。磁極件為有害效應(yīng)來源。磁極件引起渦流、信號整流以及熱積聚。經(jīng)由感應(yīng)于磁極件形成的渦流造成磁極件內(nèi)部的熱積聚。此種熱量傳到線圈。額外熱量增加線圈的直流電阻，妨礙電流的流動，結(jié)果又產(chǎn)生更多熱量。如此造成輸出功率的大減以及線圈壽命的縮短。線圈過熱可能燒掉或壽命極短。另一項磁極件問題為無論線圈信號極性如何，線圈連續(xù)被磁性拉至含鐵金屬。結(jié)果造成非期望的信號調(diào)整以及其它較高諧波失真等問題。
線圈過熱也可能來自于其座落的間隙太狹窄。由于空間受限，結(jié)果要傳熱至周圍空氣變困難。有限的間隙面積妨礙線圈過熱的拋開。但不幸柱狀線圈設(shè)計上就是注定留在極為幽閉且大量含鐵環(huán)境。
相反地，本發(fā)明之扁平環(huán)狀線圈則置身開放空氣中。有過量熱量即刻耗散。線圈的擺動讓線圈的本身于操作期間連續(xù)扇出。而另一種對冷卻的額外好處是因線圈扁平，故大部分或全部繞線皆與空氣直接接觸。并無厚重多層的繞線阻止內(nèi)層接觸外層。深埋于線圈內(nèi)部的導(dǎo)線極少有機會傳熱，特別當(dāng)周圍的繞線皆熱時，深層繞線極少有機會傳熱。由于本發(fā)明線圈較為容易散熱，故可吸收較大瓦特數(shù)。環(huán)圈直徑較大也讓其可吸收額外功率。
扁平環(huán)狀線圈于徑向放射磁場，提供比柱狀線圈更高的性能，而無耗損及信號失真，且重量減輕多倍。重量相對于功率輸出實驗顯示本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器比皆知磁極件轉(zhuǎn)換器(于根均方次冪評級)功率更強數(shù)倍。本發(fā)明轉(zhuǎn)換器不會有其它現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器之磁動勢或電動勢耗損問題。
本發(fā)明轉(zhuǎn)換器也提供多項磁機械優(yōu)勢。若干先前技術(shù)含鐵磁極件轉(zhuǎn)換器之柱狀線圈長度，當(dāng)線圈于磁鐵總成磁極件所建立的狹窄均勻兩極間隙上下移動時，該長度妨礙柱狀線圈的全部繞線同時置身于磁場。于某些點柱狀線圈的頂端及/或底端超出磁場之外，經(jīng)常有許多線圈當(dāng)接近游逸邊界時于方向逆轉(zhuǎn)期間延伸超出磁極件邊絲或角隅之外。如此造成沿線圈軸之磁通密度分布不均勻，造成常見的信號失真來源。存在于磁極件邊緣或角隅的邊帶場也造成失真的放大，由于邊帶場線非正交于柱狀線圈的縱軸(因邊帶場線通常系在狹窄的磁極件間隙內(nèi))，反而形成偏離正交夾角，故造成失真放大。當(dāng)線圈接近磁區(qū)時，線圈調(diào)節(jié)邊帶場，造成信號更加失真。于徑向產(chǎn)生的磁場，柱狀線圈造成的問題更惡化。
于徑向系統(tǒng)，本發(fā)明扁平環(huán)狀線圈的高度短，故大致上全部繞線皆于場密度區(qū)，于該場密度區(qū)沿磁鐵總成周邊前進(jìn)時磁通線大致上系以相等角度同時通過線圈。但先前柱狀線圈情況并非如此，于任何指定瞬間可能有不同角度的磁通線接觸繞線。雖然隨著磁單極距離的增加，磁通密度通過徑向系統(tǒng)扁平環(huán)狀線圈的連續(xù)繞線之磁通密度下降，但通過線圈的磁通線角度幾乎維持相等。相反地，柱狀線圈通過其繞線長度的磁通線角度各有不同。
結(jié)果，在某個時間扁平環(huán)狀線圈不會有線圈置身于具有不同角度磁通線的磁場情況。如此避免線圈遭遇不同角度磁通線，因而最終導(dǎo)致線圈游逸期間的某個點磁場被中和為零的問題，如同先前技術(shù)柱狀線圈可能遭遇此種問題。換言之，由于扁平環(huán)狀驅(qū)動線圈在縱軸只有小量延伸，故扁平環(huán)狀線圈不會置身于不同角度磁場區(qū)的“交叉火力”，因而造成毀滅性干涉。扁平環(huán)狀線圈可通過零場密度但不會出現(xiàn)互相沖突的磁場線。因此理由，扁平環(huán)狀線圈于其行進(jìn)距離極少出現(xiàn)失真。不會因沖突的磁通線之毀滅性干涉而造成驅(qū)動線圈工作期間磁場中和問題。波形維持清晰，線圈的反應(yīng)較為線性。
由于扁平環(huán)狀線圈于任何指定時間之繞線皆接收到相同角度的磁通線，因此不會出現(xiàn)如同柱狀線圈置于徑向磁鐵系統(tǒng)時造成有害邊帶場調(diào)節(jié)問題。扁平環(huán)狀線圈之優(yōu)勢為其于縱軸只有小量延伸。如此對柱狀線圈有害的邊帶現(xiàn)象，對扁平環(huán)狀線圈操作變成有利。也可利用軸向取向之磁鐵形成徑向磁場之邊帶效應(yīng)，對本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)而言，無論磁鐵總成只由單一磁鐵或由數(shù)個磁鐵堆疊皆可獲得此種效果。
當(dāng)磁通線由磁單極沿徑向方向向外扇出時，于扁平環(huán)狀線圈之各連續(xù)繞線可感覺到磁場變?nèi)?，但對指定瞬間整個線圈的周邊及繞線而言，磁場仍然維持相同角度。于指定瞬間扁平環(huán)狀線圈出現(xiàn)磁通密度的定量變化，但磁通密度并無定性變化?！岸ㄐ浴币辉~表示磁通線通過驅(qū)動線圈之角度?！岸俊币辉~表示對具有指定角度之磁通線而言，隨著距離來源距離的增加，磁通密度或磁場強度程度的變化。柱狀線圈之繞線于指定時間，磁通密度出現(xiàn)定性及定量兩種變化。扁平環(huán)狀線圈只受到定量磁場變化。如此去除影響線圈之定性參數(shù)，結(jié)果去除柱狀線圈所無法防止的信號失真來源。
因此扁平環(huán)狀線圈對周圍磁場起伏波動的反應(yīng)較為均勻。相反地，柱狀線圈由于在縱軸方向的實體延伸程度，造成對周圍環(huán)境磁場起伏波動的反應(yīng)不均，造成柱狀線圈同時受到不同角度磁場線的影響。柱狀線圈之此種對磁場反應(yīng)不均勻，造成來自定性參數(shù)之Bli向量叉積額外起伏波動，造成信號的額外失真，此處B為通過線圈之磁通，l為磁場導(dǎo)線長度以及i為導(dǎo)線電流。此種不利參數(shù)于本發(fā)明之扁平環(huán)狀線圈極為不明顯，如此本發(fā)明提供更清晰且更純粹的信號。
本發(fā)明轉(zhuǎn)換器也提供其扁平環(huán)狀驅(qū)動線圈之有利游逸路徑，特別本發(fā)明可避免失控游逸。本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器中，永久磁鐵返回路徑不會于開始路徑的同時促成線圈活性。返回極太遠(yuǎn)離線圈而無法對線圈產(chǎn)生直接影響，需要有一段行進(jìn)時間來到達(dá)線圈附近。返回路徑的場線未于開始路徑的相同徑向平面或水平面上。開始路徑的有效單極或“輻射場”位在總成中央(對軸向成對磁鐵總成或徑向磁鐵總成而言)。此處若開始路徑及返回路徑二者系在同一直線上，例如含鐵磁極件間的均勻雙極場間隙，則線圈可利用Bli向量叉積。習(xí)知柱狀線圈之雙極間隙窄系同時于開始路徑及返回路徑，且于游逸期間仍然維持如此。
于軸向磁鐵對或徑向磁鐵排列，驅(qū)動線圈系沿其縱軸繼續(xù)向前推進(jìn)，遠(yuǎn)離總成中央的徑向場而朝向磁鐵總成之極端。當(dāng)線圈前進(jìn)時，線圈遭遇另一個徑向場，但其極性相反。此種場表示磁路的返回路徑，其來源是磁鐵系統(tǒng)的極性端面，于總成中間之相對兩面上。此種端末磁場作用于線圈，煞車線圈速度，藉磁性吸引力夾持線圈直到線圈的電流極性逆轉(zhuǎn)為止。然后線圈于相反方向朝向總成中央推進(jìn)。持續(xù)前進(jìn)至到達(dá)位在相反端的另一端末磁場(若有足夠動量)，或線圈返回相反極性中區(qū)的徑向磁場，然后返回端末磁極，于該處端末磁場再度煞車線圈的動量，整個循環(huán)重新開始。線圈的煞車有助于防止因過度游逸招致的損壞，換言之過度延伸至超出游逸邊界而造成失控現(xiàn)象。
于軸向磁鐵對或徑向磁鐵對排列，扁平環(huán)狀線圈典型不會行進(jìn)超出于總成末端的開放磁極件平面。相反地，柱狀線圈若被置于止回路徑磁鐵總成，則柱狀線圈將超出磁極端面時煞車一半或一半以上。由于柱狀線圈被多種不同角度的磁場線造成磁場抵消，柱狀線圈不易停止。柱狀線圈有較大風(fēng)險沖出磁鐵總成之外而造成無法控制的失控現(xiàn)象。本發(fā)明中，扁平環(huán)狀線圈不會超出總成之外，反而可利用磁力而維持于磁極端面上。然后當(dāng)電力極性改變時逆轉(zhuǎn)方向。
由于扁平環(huán)狀線圈于縱軸只有小量實體延伸，故固定線圈的強磁場將不會如同柱狀線圈般，遭遇有相反極性且有不同角度的磁場線而造成磁場變?nèi)?。如此由于扁平環(huán)狀線圈于縱向延伸短，故有關(guān)沖突磁場角度造成的定性參數(shù)大半可被去除。
扁平環(huán)狀線圈之煞車現(xiàn)象有助于免除對線圈造成實體限制，因而導(dǎo)致限制其于游逸邊界范圍內(nèi)的移動。于游逸路徑為最大的低頻時，失控游逸特別普遍。本發(fā)明轉(zhuǎn)換器可藉磁力避免此種線圈毀壞的主因，而無需使用物理手段造成過度阻尼。因此功率的輸出不會受損。本發(fā)明之若干具體實施例中，“磁力韁繩”可免除需要介面材料來將驅(qū)動線圈固定于磁鐵總成的需求。
扁平環(huán)狀線圈于止回系統(tǒng)或于較為普及的徑向系統(tǒng)具有前述優(yōu)于柱狀線圈的優(yōu)點，因此讓本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器可最滿意地用于多種不同領(lǐng)域作為一項新穎技術(shù)。
要言之，本發(fā)明裝置系設(shè)計成可將線圈游逸最大化，同時縮短轉(zhuǎn)換器的縱向尺寸讓其整體變得更扁坦。以其縱軸為中心呈軸向?qū)ΨQ，垂直縱軸之水平面為兩側(cè)對稱。如此裝置可組構(gòu)成涵蓋寬度頻率范圍，由極低頻、通過超音波、至射頻頻譜。對稱性對于寬頻頻譜范圍之反應(yīng)維持線性、以及對于維持信號失真之最小化相當(dāng)重要。于水平面上下方的兩側(cè)磁場對稱性，有助于線圈游逸時信號的更平順。扁平環(huán)狀線圈可縮小磁鐵總成尺寸及重量，替代徑向磁鐵系統(tǒng)之柱狀線圈，讓性能大增。有相同角度之磁通線通過扁平環(huán)狀線圈，但柱狀線圈則為普遍出現(xiàn)具有不同及相反角度的磁通線因而于柱狀線圈之干擾參數(shù)增加。
本發(fā)明轉(zhuǎn)換器特別可用于揚聲器196及麥克風(fēng)198。圖46-54顯示各種揚聲器具體實施例。概略言之，兩側(cè)對稱性(電性、磁性及機械對稱性)有助于改良揚聲器效能，較佳各元件皆含括此種對稱性。圖55-64顯示各種麥克風(fēng)具體實施例。于揚聲器及麥克風(fēng)，總成包括基于線圈與磁鐵系統(tǒng)的相對移動而發(fā)出或接收聲音的膜片。經(jīng)由研讀后文說明可了解揚聲器及麥克風(fēng)之配置將根據(jù)特殊用途改變，可利用多種前文說明之特色。
首先參照圖46之具體實施例，揚聲器包括磁鐵總成50、導(dǎo)體52(驅(qū)動線圈)、隔膜200、支持體202(或底座)以及套環(huán)204。磁鐵總成及線圈系如先前所述排列，因此線圈沉浸于橫向放射的磁場。如前文說明，線圈與磁鐵總成間留下一個空間s，因此彼此間有更多相對移動而不會沖突。此空間于技術(shù)上許可時較佳為盡可能縮小。
支持體用來穩(wěn)定揚聲器。圖46中，支持體202包括撐桿206及包圍體208。撐桿連結(jié)至磁鐵總成及包圍體。包圍體為扁平硬挺面板，于其內(nèi)部固定其它元件。撐桿包括一或多腳210，維持磁鐵總成相對于隔膜及線圈位在適當(dāng)位置。圖46顯示單一撐桿，但也可有上及下?lián)螚U將周邊夾置于其間。例如參考圖57之包圍體。
隔膜為環(huán)狀物件，較佳系由又硬又輕的材料制成。隔膜的挺度可藉增加肋或同心圓212提高挺度。線圈連結(jié)至隔膜位在接近磁鐵總成位置。參考圖66。
環(huán)狀套環(huán)204環(huán)繞隔膜外周邊而附著于包圍體。套環(huán)通常為撓性件，套環(huán)連結(jié)隔膜至包圍體，因此讓隔膜可于包圍體相對移動。一具體實施例中，隔膜外周邊粘著于套環(huán)內(nèi)緣。第46圖套環(huán)系顯示為有矩形截面的泡沫體環(huán)圈。第47圖中，套環(huán)為橫向彈簧形狀之撓性材料環(huán)圈。第48圖中，套環(huán)為圓頂形環(huán)圈。第49圖顯示雙圓頂組態(tài)。另外也可使用例如手風(fēng)琴型的套環(huán)，如美國專利第3,019,849號所述(以引用方式并入此處)。使用期間，套環(huán)讓整個隔膜于游逸路徑期間平移而不會只有最接近線圈的隔膜部分才平移。
其它揚聲器之具體實施例顯示于圖50及51。此等配置中線圈及磁鐵總成皆移動。一或多個十字軸214連結(jié)磁鐵總成至隔膜。用于較低頻，二十字軸有助于實體控制隔膜及線圈。于圖50，使用上及下環(huán)狀十字軸，連結(jié)隔膜內(nèi)緣與磁鐵總成。軟鐵環(huán)216可設(shè)置于磁鐵間來輔助磁場線的聚焦。同理，鐵或銅制圓盤218也可附著于圓盤對頂或底。另外可使用鉍制成的圓盤于磁鐵總成上方或下方一邊作磁性屏蔽。圖51中，隔膜為可壓縮材料制成。隔膜內(nèi)周緣壓縮而變成更硬挺。線圈附著于此加勁部222。
圖52為揚聲器范例具體實施例之示意平面圖，顯示形成為包圍體及撐桿組合之支持體202。撐桿支持磁鐵總成，包圍體支持套環(huán)及隔膜。所示撐桿有三臂224由中點226伸出。磁鐵總成固定至中點，臂遠(yuǎn)端包括腳210，腳210附著于包圍體恰位在套環(huán)區(qū)外側(cè)。
也可將本轉(zhuǎn)換器用于已知揚聲器作為更換零組件。例如參考圖53，其中揚聲器總成帶有本發(fā)明之轉(zhuǎn)換器替代習(xí)知磁鐵總成及柱狀線圈。圖53進(jìn)一步修改成含括兩個背對背的揚聲器總成。本具體實施例中，揚聲器錐體228附著于成形件230。錐體及成形件平移出入且由十字軸214所支撐。成形件于磁鐵總成上伸縮移動。環(huán)狀線圈52連結(jié)至成形件外表面，位在磁場由磁鐵總成50的射出位置。磁鐵總成附著于籃232，較佳帶有選擇性之含鐵圓盤216介于其間，圓盤216系附著于籃。
也可將圖53之揚聲器配置成磁鐵總成為活動，而線圈為固定。于此種配置下，前者系連結(jié)至磁鐵總成。磁鐵總成由籃脫離。線圈由撐桿支持抵住籃側(cè)壁。
無論何種配置，于錐體或隔膜系統(tǒng)、或單軸或雙軸磁鐵總成，皆需小心確保其設(shè)計可避免有任何聲音抵消效應(yīng)。
同理，可將多重隔膜配置于垂直位置。例如參考圖54之具體實施例，其中揚聲器配置成使用兩張不同隔膜200而于二相反方向產(chǎn)生聲音。磁鐵總成可為二雙極性磁鐵總成，設(shè)置成相反端相接觸。圖53大致顯示此種具體實施例應(yīng)用于習(xí)知揚聲器錐形隔膜。此種配置有軟鋼隔件(或其它材料)介于相反電極磁鐵對間。磁鐵總成可為兩個雙極磁鐵總成，有一選擇性的隔件磁鐵介于其間(例如圖54所示)。另外磁鐵總成可包含二單極系統(tǒng)，有個隔件磁鐵介于其間。各具體實施例中，支持體優(yōu)選包括支持體之非磁性元件234于隔膜間之位置以減低干擾。
現(xiàn)在參照麥克風(fēng)，多種已知麥克風(fēng)單純?yōu)榱?xí)知揚聲器的縮小版本，而以逆向操作(換言之作為發(fā)電機)。參照圖55，顯示麥克風(fēng)第一具體實施例罩于上下圓形支持體202內(nèi)。支持體界限內(nèi)部空間，系統(tǒng)被罩在其中。所示具體實施例中，磁鐵總成系連結(jié)至支持體內(nèi)表面。隔膜200被夾置于支持體間，且包括有內(nèi)周邊的內(nèi)部開口。線圈52連結(jié)至接近此開口的隔膜。(如前文討論，線圈可使用多種方法附著于隔膜的多個不同位置)。組裝后，線圈位置接近磁鐵總成但未接觸。隔膜200通常由可配合擺動而同時仍然提供線圈充分支持的重量輕硬挺材料制成。若有所需，隔膜可包括同心肋或其它加強形狀的結(jié)構(gòu)212。此等結(jié)構(gòu)元件提供隔膜本體的加勁，同時也提供隔膜外周邊的套環(huán)功能來增加游逸路徑。就此方面而言，套環(huán)可建立于隔膜。套環(huán)為選擇性元件，因麥克風(fēng)的隔膜擺動相當(dāng)微弱，且線圈無需大的游逸路徑來發(fā)揮效果。
圖56顯示根據(jù)本發(fā)明形成的麥克風(fēng)之另一具體實施例。本裝置中，支持體包括上及下圓形元件236。磁鐵總成包括一對軸向磁化之環(huán)狀磁鐵，其于軸向定位且夾置于上及下元件236間。各元件包含內(nèi)支持臂238，內(nèi)支持臂系由元件內(nèi)表面向內(nèi)伸出。隔膜成形為圓形，有個中部240比隔膜其它區(qū)域更厚。較厚的中部牢固固定于上下元件之內(nèi)支持臂間。線圈連結(jié)至隔膜套住其外周邊，且緊鄰于環(huán)狀磁鐵總成。選擇性內(nèi)建的套環(huán)或肋(圖中未顯示)可用來套住中部而輔助隔膜擺動。
于圖55或56，額外磁鐵元件可用來輔助讓磁場聚焦。例如圖55及56，支持體由磁性材料制成。此外，含鐵圓盤可用于磁鐵總成本身內(nèi)部。參考圖57。
另一麥克風(fēng)配置顯示于圖58，其中線圈52維持固定，讓磁鐵總成50相對于線圈移動。此種情況下，隔膜200附著于磁鐵總成以兩相對圓布242形式套住磁鐵總成。線圈52夾持于硬挺支持體244上。支持體末端及隔膜末端被夾緊于二支持環(huán)246間。
圖55、56及57之支持體包括開口以允許聲音行進(jìn)通過麥克風(fēng)任一邊以及移動隔膜。藉此方式此種配置可變成雙向或稱作“雙極”，此種配置可回應(yīng)于來自任一邊的聲音。圖62、63及64顯示此種包圍體的各種配置。
圖59、60及61顯示根據(jù)本發(fā)明制成的麥克風(fēng)之其它具體實施例。此種配置中，磁鐵總成由單軸磁鐵附著于下方磁性支持體202組成。因此此種配置于此處稱作“單極”系統(tǒng)，此種配置只有單一磁極面產(chǎn)生大部分磁場。此外，此種系統(tǒng)通常只可回應(yīng)于來自單一方向的聲音。
下方支持體包括向內(nèi)取向之圓形側(cè)凸緣247。支持體為磁性材料制成的單一物件。于各凸緣遠(yuǎn)端之磁極于磁鐵磁極上表面具有相反極值。由于磁鐵總成的整體脆弱，故此等配置包括含鐵圓盤附著于上磁極面來聚焦磁場。此種配置也包括一個套環(huán)介于凸緣與隔膜間，來促進(jìn)隔膜的移動。此外若屬適合也可使用含鐵流體(鐵維持呈懸浮態(tài))于本發(fā)明。
套環(huán)204可有多種不同類型。圖59之套環(huán)為泡沫體環(huán)圈。另外，于隔膜外周邊的同心肋可作為懸吊附件。例如圖66。圖60之套環(huán)為凝膠環(huán)或凝膠泡沫體環(huán)。圖61之套環(huán)為有個U字形槽的橡皮環(huán)。
一或多個移動線圈52附著于隔膜200位在沉浸于磁場的位置。于圖59及60此等位置接近中央單一磁鐵的外極面。圖61有第二線圈位在隔膜外周邊，接近支持凸緣的極性材料。一引線進(jìn)入內(nèi)線圈，然后連結(jié)至外線圈，供給第二引線。
圖60及61顯示選擇性圓頂248置于中央單一磁鐵上。圓頂增加進(jìn)入聲音的表面，且直接附著于隔膜。圓頂較佳系由隔膜的相同硬挺材料制成，可制造成與隔膜分開、或整合一體(如圖61所示)。經(jīng)由研讀前文可了解，單極設(shè)計可組合而形成雙極組態(tài)。于此種組合無需圓頂。
經(jīng)由組合此處所述各項教示可創(chuàng)出不同的新穎的有用設(shè)計。例如習(xí)知有按壓說話(PTT)開關(guān)之揚聲器可使用圖65或66之配置改良。圖65中，有中央含鐵圓盤之雙極磁鐵總成系固定于上下磁性支持體內(nèi)部。套環(huán)用來支持環(huán)狀隔膜。內(nèi)部線圈連結(jié)至隔膜內(nèi)周邊。外線圈連結(jié)至隔膜外周邊。內(nèi)線圈用于麥克風(fēng)功能；外線圈用于揚聲器功能。圖66之磁性支持體配置類似圖65之配置。但圖66并無套環(huán)，隔膜外周邊包括一系列同心肋其可作套環(huán)之用。揚聲器線圈位于隔膜一側(cè)，而麥克風(fēng)線圈位于隔膜對側(cè)。此種配置中，揚聲器線圈及麥克風(fēng)線圈有本身之適當(dāng)阻抗。也可將單極磁鐵系統(tǒng)用于此種裝置。
于另一實施例中，由于今日可使用分開線圈用于不同用途，全部皆在單一磁鐵總成，故可將習(xí)知揚聲器如高音揚聲器與低音揚聲器組合成為單一揚聲器而未喪失其特殊功能。一具體實施例中，揚聲器成形為有一中心磁鐵系統(tǒng)被同心環(huán)磁鐵總成包圍。各種隔膜及線圈置于放射磁場。此種配置可用于對不同線圈指定不同頻率。使用符合推送頻率之線圈及隔膜尺寸可發(fā)揮效力。
雖然已經(jīng)舉例說明本發(fā)明之較佳具體實施例，但需了解可未悖離本發(fā)明之精髓及范圍做出多項變化。經(jīng)由研讀前文可了解，經(jīng)由使用此處所述大量元件的組合，例如軸向磁鐵(盤狀、環(huán)狀、或其它形狀)、介面元件、隔件、端蓋、開放空間、徑向磁鐵、磁鐵對、十字軸、支持體、套環(huán)、各種驅(qū)動線圈設(shè)計等的組合，可做出多種不同配置。雖然此處僅顯示及說明部分組合，但此處說明不可視為本發(fā)明的限制。此外，此處所述多種元件可為單一物件或由多個零組件組成。
權(quán)利要求
1.一種電磁轉(zhuǎn)換器，包含(a)一磁鐵總成，其包括至少一磁鐵，其具有軸向磁化；該磁鐵總成包括第一及第二相對的外極面，以及一磁場，該磁場在橫過軸向磁化方向向外徑向放射；以及(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外尺寸及內(nèi)尺寸；該線圈有高度尺寸及寬度尺寸，寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸間距；驅(qū)動線圈之寬度至少與高度相等；驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場中；有個空間存在于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈未與至少一磁鐵作物理接觸；驅(qū)動線圈沿游逸路徑移動，至少部分游逸路徑位于第一與第二外極面間；其中在組裝后，驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，故使用期間介于驅(qū)動線圈與磁鐵總成之間可發(fā)生相對軸向移動；其中在用作為電動機期間，電流供給至線圈，造成線圈與磁鐵彼此相對移動；以及在用作為發(fā)電機期間驅(qū)動線圈相對于磁鐵的外部物理性移動，造成驅(qū)動線圈中對應(yīng)產(chǎn)生電流。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成包括單一軸向磁鐵，其具有相對的第一及第二極面；單一磁鐵有一磁場由各極面徑向向外放射；磁鐵總成驅(qū)動線圈位于其向外放射磁場內(nèi)部的磁鐵磁極面之一。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中該單一磁鐵為盤狀磁鐵；該盤狀磁鐵包括一外徑尺寸；該驅(qū)動線圈的內(nèi)部尺寸為內(nèi)徑尺寸，驅(qū)動線圈之外部尺寸為外徑尺寸；以及其中驅(qū)動線圈內(nèi)徑尺寸系大于磁鐵外徑尺寸。
4.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中該單一磁鐵為環(huán)狀磁鐵，該環(huán)狀磁鐵具有一徑向向內(nèi)放射的磁場、以及一徑向向外放射的磁場；傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于向內(nèi)放射磁場與向外放射磁場之一。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其中該環(huán)狀磁鐵包括一外徑尺寸；驅(qū)動線圈之內(nèi)部尺寸為內(nèi)徑尺寸，以及驅(qū)動線圈之外部尺寸為外徑尺寸；該驅(qū)動線圈之外徑尺寸小于環(huán)狀磁鐵之內(nèi)徑尺寸，故驅(qū)動線圈在使用期間系位于環(huán)狀磁鐵內(nèi)側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成包括第一及第二軸向磁鐵；磁鐵同軸設(shè)置，類似磁極彼此面對面，于該處形成徑向放射磁場；驅(qū)動線圈位于此磁場。
7.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該第一及第二軸向磁鐵為盤狀磁鐵；該等盤狀磁鐵各自包括一外徑尺寸；該驅(qū)動線圈的內(nèi)部尺寸為內(nèi)徑尺寸，驅(qū)動線圈之外部尺寸為外徑尺寸；以及其中驅(qū)動線圈內(nèi)徑尺寸大于磁鐵外徑尺寸。
8.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該第一及第二軸向磁鐵為環(huán)狀磁鐵，設(shè)置成類似的磁極彼此面對面，因而形成一徑向向內(nèi)放射之磁場以及一徑向向外放射之磁場；傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于向內(nèi)放射磁場及向外放射磁場之一。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其中該環(huán)狀磁鐵包括一外徑尺寸；驅(qū)動線圈之內(nèi)部尺寸為內(nèi)徑尺寸，以及驅(qū)動線圈之外部尺寸為外徑尺寸；該驅(qū)動線圈之外徑尺寸小于環(huán)狀磁鐵之內(nèi)徑尺寸，故驅(qū)動線圈在使用期間位于環(huán)狀磁鐵內(nèi)側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成包括至少一拱形磁鐵。
11.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成包括至少一矩形磁鐵。
12.如權(quán)利要求6、7、8或9所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成進(jìn)一步包括一第一介面元件，該元件位于該第一磁鐵與第二磁鐵間且連結(jié)至驅(qū)動線圈。
13.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換器，其中該第一及第二磁鐵直接附著于第一介面元件的相對側(cè)面。
14.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其中該第一及第二磁鐵使用粘著劑直接附著于第一介面元件的相對側(cè)面。
15.如權(quán)利要求1、2、3、4、6、7或8所述的轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈之寬度尺寸大于驅(qū)動線圈之高度尺寸。
16.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈包括一種傳導(dǎo)材料制成之螺旋卷繞扁平導(dǎo)線，扁平導(dǎo)線在直立方向卷繞。
17.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)換器，其中該扁平導(dǎo)線寬度至少比其厚度大三倍。
18.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈包括傳導(dǎo)性材料制成之螺旋卷繞帶狀導(dǎo)線，該帶狀導(dǎo)線在直立方向卷繞。
19.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈由具有矩形截面形狀之導(dǎo)線制成。
20.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成進(jìn)一步包括一隔件位于第一磁鐵與第二磁鐵間。
21.如權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其中該隔件由含鐵材料制成。
22.如權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其中該隔件呈圓盤形狀。
23.如權(quán)利要求22所述的轉(zhuǎn)換器，其中該隔件直徑以及第一及第二磁鐵外部尺寸大小皆相等。
24.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成進(jìn)一步包括第一及第二端蓋，一端蓋位于第一外磁極面上方，另一端蓋位于第二磁極面下方。
25.如權(quán)利要求24所述的轉(zhuǎn)換器，其中端蓋由含鐵材料制成。
26.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，其中驅(qū)動線圈與磁鐵總成間之間隔為約0.5毫米至約5毫米之范圍。
27.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該磁鐵總成之磁鐵維持固定，而驅(qū)動線圈制造成可相對于磁鐵移動。
28.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈維持固定，以及磁鐵總成之磁鐵可相對于驅(qū)動線圈移動。
29.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包含支持裝置，該支持裝置供夾持磁鐵總成成為固定，且允許驅(qū)動線圈相對于磁鐵總成移動。
30.如權(quán)利要求1、2或6所述的轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包含一支持撐桿以及撓性介面元件，該撓性介面元件附著于支持撐桿及附著于驅(qū)動線圈。
31.如權(quán)利要求30之轉(zhuǎn)換器，其中該撓性介面元件系由泡沫體制成。
32.一種電磁轉(zhuǎn)換器，包含(a)一磁鐵總成，其包括具有軸向磁化的第一及第二盤狀磁鐵；該等磁鐵同軸設(shè)置，相同磁極面彼此相對；因此磁鐵總成形成一磁場，該磁場在橫過軸向磁化方向沿徑向向外放射；該等磁鐵具有最大外徑尺寸位于向外放射橫向磁場位置；以及(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有一外徑尺寸以及一內(nèi)徑尺寸，該驅(qū)動線圈之內(nèi)徑尺寸大于第一及第二磁鐵之最大外徑尺寸；該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于第一及第二盤狀磁鐵外側(cè)，且位于向外放射之橫向磁場內(nèi)部；介于磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈不會與磁鐵作物理接觸；該線圈具有高度尺寸及寬度尺寸，寬度尺寸定義為線圈之內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距，寬度尺寸至少等于高度尺寸；其中當(dāng)組裝好時，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，因此在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動。
33.一種電磁轉(zhuǎn)換器，包含(a)一磁鐵總成，其具有第一及第二環(huán)狀磁鐵，該等磁鐵具有軸向磁化；環(huán)狀磁鐵同軸設(shè)置，類似的磁極面彼此相對；因而該磁鐵總成形成一沿徑向向內(nèi)放射之磁場以及一沿徑向向外放射之磁場；該環(huán)狀磁鐵具有最小直徑尺寸位于向內(nèi)放射磁場位置；該環(huán)狀磁鐵具有最大外徑尺寸位于向外放射磁場位置；(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外徑尺寸及內(nèi)徑尺寸，該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于向內(nèi)放射橫向磁場以及向外放射橫向磁場之一；介于該等環(huán)狀磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈不會與磁鐵有物理接觸；該線圈具有高度尺寸及寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距，寬度尺寸至少等于高度尺寸；以及其中當(dāng)組裝好時，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，因此在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動。
34.如權(quán)利要求33所述的電磁轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈位于第一及第二環(huán)狀磁鐵之向內(nèi)放射磁場。
35.如權(quán)利要求34所述的電磁轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包含第二傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其位于該第一及第二環(huán)狀磁鐵之向外放射磁場。
36.一種電磁轉(zhuǎn)換器，包含(a)一磁鐵總成，其包括至少一個具有徑向磁化之環(huán)狀磁鐵；該磁鐵總成包括第一及第二相對外表面、外徑表面及內(nèi)徑表面；該磁鐵總成進(jìn)一步包括一磁場，該磁場在平行于磁鐵外表面方向由外徑表面徑向向外放射，以及在磁場之內(nèi)徑表面向內(nèi)返回；該環(huán)狀磁鐵具有最小直徑尺寸位于返回磁場位置；該磁鐵總成具有最大外徑尺寸位于向外放射磁場位置；(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有一外徑尺寸以及一內(nèi)徑尺寸，該傳導(dǎo)性線圈位于返回磁場以及向外放射磁場之一；介于環(huán)狀磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈不會與磁鐵有物理接觸；該線圈具有高度尺寸及寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距，寬度尺寸至少等于高度尺寸；以及其中當(dāng)組裝好時，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，因此在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動。
37.如權(quán)利要求36所述的電磁轉(zhuǎn)換器，其中該驅(qū)動線圈位于向外放射之磁場內(nèi)部。
38.一種制造一轉(zhuǎn)換器之方法，包含(a)形成一磁鐵總成，其具有至少一個帶有軸向磁化的磁鐵；該磁鐵總成進(jìn)一步包括第一及第二相對外磁極面以及一在橫過軸向磁化方向徑向向外放射的磁場；(b)提供一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有一外尺寸以及一內(nèi)尺寸；該線圈具有一高度尺寸以及一寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸的間距；該寬度尺寸至少等于高度尺寸；該驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場內(nèi)；介于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，故在使用期間，驅(qū)動線圈不會與該至少一磁鐵有物理接觸；以及(c)安裝驅(qū)動線圈于磁鐵總成附近，因此在使用期間二者間可出現(xiàn)相對軸向移動；其中該相對軸向移動沿游逸路徑發(fā)生，至少部分游逸路徑位于該磁鐵之第一與第二外磁極面間。
39.一種轉(zhuǎn)換器，其如權(quán)利要求38所述的方法制造。
40.一種揚聲器，包含(a)一磁鐵總成，其包括至少一磁鐵，該磁鐵具有軸向磁化；該磁鐵總成包括第一及第二相對的外極面，以及一磁場，該磁場在橫過軸向磁化方向向外徑向放射；以及(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外尺寸及內(nèi)尺寸；該線圈有高度尺寸及寬度尺寸，寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸的間距；驅(qū)動線圈之寬度至少與高度相等；驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場；有個空間存在于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈未與至少一磁鐵作物理接觸；驅(qū)動線圈沿游逸路徑移動，至少部分游逸路徑位于第一與第二外極面間；以及(c)一隔膜連結(jié)于該磁鐵總成及驅(qū)動線圈之一；其中在組裝好后，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，因此在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動；以及其中驅(qū)動線圈之電流造成磁鐵總成與驅(qū)動線圈間的相對移動，此種相對移動進(jìn)一步造成隔膜的物理移動因而發(fā)出聲音。
41.如權(quán)利要求40所述的揚聲器，其中該磁鐵總成包括第一及第二盤狀磁鐵，其各自具有軸向磁化；該等磁鐵同軸設(shè)置，類似的磁極面彼此相對；磁鐵具有最大外徑尺寸位于向外放射之橫向磁場位置；以及其中該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈具有一外徑尺寸以及一內(nèi)徑尺寸，該驅(qū)動線圈之內(nèi)徑尺寸大于第一及第二磁鐵之最大外徑尺寸；其中該線圈之寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸間距。
42.一種揚聲器，包含(a)一磁鐵總成，其具有第一及第二環(huán)狀磁鐵，該等磁鐵具有軸向磁化；環(huán)狀磁鐵同軸設(shè)置，類似的磁極面彼此相對；因而該磁鐵總成形成一沿徑向向內(nèi)放射之磁場以及一沿徑向向外放射之磁場；該環(huán)狀磁鐵具有最小直徑尺寸位在向內(nèi)放射磁場位置；該環(huán)狀磁鐵具有最大外徑尺寸位在向外放射磁場位置；(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外徑尺寸及內(nèi)徑尺寸，該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于向內(nèi)放射橫向磁場以及向外放射橫向磁場之一；介于該等環(huán)狀磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈不會與磁鐵有物理接觸；該線圈具有高度尺寸及寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距，寬度尺寸至少等于高度尺寸；以及(c)一隔膜，其連結(jié)至該磁鐵總成與驅(qū)動線圈之一；其中在組裝妥后，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，因此在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動；以及其中在驅(qū)動線圈之電流造成磁鐵總成與驅(qū)動線圈間的相對移動，此種相對移動進(jìn)一步造成隔膜的物理移動因而發(fā)出聲音。
43.一種制造一揚聲器之方法，包括(a)形成一磁鐵總成，其具有至少一個帶有軸向磁化的磁鐵；該磁鐵總成進(jìn)一步包括第一及第二相對磁極面以及一在橫過軸向磁化方向徑向向外放射的磁場；(b)提供一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有一外尺寸以及一內(nèi)尺寸；該線圈具有一高度尺寸以及一寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸的間距；該寬度尺寸至少等于高度尺寸；該驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場內(nèi)；介于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，故在使用期間，驅(qū)動線圈不會與該至少一磁鐵有物理接觸；以及(c)安裝驅(qū)動線圈于磁鐵總成附近，因此在使用期間二者間可出現(xiàn)相對軸向移動；其中該相對軸向移動沿游逸路徑發(fā)生，至少部分游逸路徑位于該磁鐵之第一與第二外磁極面間。
44.一種揚聲器，其根據(jù)如權(quán)利要求43所述的方法制造。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，進(jìn)一步包含設(shè)置一隔膜且附著驅(qū)動線圈與磁鐵總成之一至該隔膜。
46.一種揚聲器，其根據(jù)如權(quán)利要求45所述的方法制造。
47.一種麥克風(fēng)，包含(a)一磁鐵總成，其包括一磁鐵，該磁鐵具有軸向磁化；該磁鐵總成包括第一及第二相對的外極面，以及一磁場，該磁場在橫過軸向磁化方向向外徑向放射；以及(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外尺寸及內(nèi)尺寸；該線圈有高度尺寸及寬度尺寸，寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸的間距；驅(qū)動線圈之寬度至少與高度相等；驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場；有個空間存在于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈未與至少一磁鐵作物理接觸；驅(qū)動線圈沿游逸路徑移動，至少部分游逸路徑位在第一與第二外極面間；(c)一隔膜連結(jié)于該磁鐵總成及驅(qū)動線圈之一；其中當(dāng)組裝妥時，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，故在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動；以及其中聲音造成隔膜以及磁鐵總成與驅(qū)動線圈之一的物理移動，因此磁鐵總成與驅(qū)動線圈間之相對移動進(jìn)一步造成于驅(qū)動線圈產(chǎn)生對應(yīng)電流。
48.如權(quán)利要求47所述的麥克風(fēng)，其中該磁鐵總成包括第一及第二盤狀磁鐵，其各自具有軸向磁化；該等磁鐵同軸設(shè)置，類似的磁極面彼此相對；磁鐵具有最大外徑尺寸位于向外放射之橫向磁場位置；以及其中該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈具有一外徑尺寸以及一內(nèi)徑尺寸，該驅(qū)動線圈之內(nèi)徑尺寸大于第一及第二磁鐵之最大外徑尺寸；其中該線圈之寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距。
49.一種麥克風(fēng)，包含(a)一磁鐵總成，其具有第一及第二環(huán)狀磁鐵，該等磁鐵具有軸向磁化；環(huán)狀磁鐵同軸設(shè)置，類似的磁極面彼此相對；因而該磁鐵總成形成一沿徑向向內(nèi)放射之磁場以及一沿徑向向外放射之磁場；該環(huán)狀磁鐵具有最小直徑尺寸位于向內(nèi)放射磁場位置；該環(huán)狀磁鐵具有最大外徑尺寸位于向外放射磁場位置；(b)一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有外徑尺寸及內(nèi)徑尺寸，該傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈位于向內(nèi)放射橫向磁場以及向外放射橫向磁場之一；介于該等環(huán)狀磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，因此在使用期間，驅(qū)動線圈不會與磁鐵有物理接觸；該線圈具有高度尺寸及寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)徑尺寸與外徑尺寸的間距，寬度尺寸至少等于高度尺寸；以及(c)一隔膜，其連結(jié)至該磁鐵總成與驅(qū)動線圈之一；其中當(dāng)組裝妥時，該驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成附近，故在使用期間介于其間可出現(xiàn)相對軸向移動；以及其中聲音造成隔膜以及磁鐵總成與驅(qū)動線圈之一的物理移動，因此磁鐵總成與驅(qū)動線圈間之相對移動進(jìn)一步造成于驅(qū)動線圈產(chǎn)生對應(yīng)電流。
50.一種制造一麥克風(fēng)之方法，包含(a)形成一磁鐵總成，其具有至少一個帶有軸向磁化的磁鐵；該磁鐵總成進(jìn)一步包括第一及第二相對外磁極面以及一在橫過軸向磁化方向徑向向外放射的磁場；(b)提供一傳導(dǎo)性驅(qū)動線圈，其具有一外尺寸以及一內(nèi)尺寸；該線圈具有一高度尺寸以及一寬度尺寸，該寬度尺寸定義為線圈內(nèi)尺寸與外尺寸的間距；該寬度尺寸至少等于高度尺寸；該驅(qū)動線圈位于磁鐵總成之徑向放射磁場內(nèi)；介于該至少一磁鐵與驅(qū)動線圈間存在有個空間，故在使用期間，驅(qū)動線圈不會與該至少一磁鐵有物理接觸；以及(c)安裝驅(qū)動線圈于磁鐵總成附近，因此在使用期間二者間可出現(xiàn)相對軸向移動；其中該相對軸向移動沿游逸路徑發(fā)生，至少部分游逸路徑位于該磁鐵之第一與第二外磁極面間。
51.一種麥克風(fēng)，其根據(jù)如權(quán)利要求50所述的方法制造。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包含設(shè)置一隔膜且附著驅(qū)動線圈與磁鐵總成之一至該隔膜。
53.一種麥克風(fēng)，其系根據(jù)如權(quán)利要求52所述的方法制造。
全文摘要
公開了一種電磁轉(zhuǎn)換器，其包括磁鐵總成(50)及感應(yīng)式驅(qū)動線圈(52)。磁鐵總成提供由位于其內(nèi)部之驅(qū)動線圈放射磁場，驅(qū)動線圈為扁平環(huán)線圈，其寬度等于或大于其高度。組裝后，驅(qū)動線圈安裝于磁鐵總成近處，故使用時介于其間可能出現(xiàn)相對軸向移動。一具體實施例中，磁鐵總成包括二永久盤狀磁鐵(64)、(66)，其具有軸向磁化，且定向成相同磁極彼此面對面而產(chǎn)生徑向放射磁場。另一具體實施例中，磁鐵總成包括一對軸向極化永久環(huán)狀磁鐵(64)、(66)，其也以相同磁極彼此面對面定向。
文檔編號H04R1/06GK1643977SQ03806210
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月5日
發(fā)明者羅蘭·P·特蘭達(dá)菲爾 申請人:羅蘭·P·特蘭達(dá)菲爾