音圈磁路设计
扬声器的工作原理
扬声器的工作原理扬声器是一种将电信号转换为声音信号的设备，广泛应用于音响系统、电视、手机等各种音频设备中。
它的工作原理基于电磁感应和振动原理。
一、电磁感应原理扬声器的核心部件是一个电磁线圈，也称为音圈。
当电流通过音圈时，会在音圈周围产生一个磁场。
这个磁场与音圈附近的磁铁产生相互作用，使得音圈受到一个力的作用。
根据洛伦兹力定律，当电流通过音圈时，音圈受到的力与电流的方向和磁场的方向有关。
这个力会使得音圈产生振动。
二、振动原理音圈受到的力使得音圈开始振动。
音圈与一个连接在其上的薄膜或者振膜相连，薄膜的振动会产生声音。
薄膜的振动频率与音圈的振动频率相同，这样就能够将电信号转换为声音信号。
三、驱动电路为了使扬声器正常工作，需要一个驱动电路来提供合适的电流和电压。
驱动电路由音频信号源、功放器和滤波器组成。
音频信号源提供音频信号，功放器将音频信号放大，滤波器则用于去除杂音。
四、音质改善技术为了提高扬声器的音质，人们还提出了许多音质改善技术。
其中包括：1. 频率响应调整：通过调整电路中的电容、电感和电阻等元件，使得扬声器在不同频率下的响应更加平衡，减少失真。
2. 阻尼控制：通过调整驱动电路中的反馈电阻和电容，使得扬声器在振动住手后能够迅速停下，减少回音和杂音。
3. 磁路设计：通过优化磁路结构，使得磁场更加均匀，提高音圈的灵敏度和线性度。
4. 薄膜材料优化：选择合适的薄膜材料，使得振膜的质量更轻、更坚固，提高音质。
五、扬声器类型扬声器根据使用场景和特点可以分为多种类型，常见的有：1. 动圈扬声器：也称为电磁式扬声器，是最常见的扬声器类型。
它的工作原理基于电磁感应原理，结构简单，价格相对较低，适合于大多数音频设备。
2. 电容式扬声器：也称为电容式麦克风，是一种高灵敏度的扬声器。
它的工作原理基于电容感应原理，适合于对声音细节要求较高的场景，如录音棚。
3. 电动扬声器：也称为压电式扬声器，是一种利用压电材料的电效应产生声音的扬声器。
微小型旋转音圈电机的磁路分析与电枢反应研究
２ ０１ ３正
微 ＇ ｌ ｝ 机
ＭＩ ＣＲＯ Ｍ ＯＴ０ ＲＳ
Ｖｏ １ ． ４ ６． Ｎｏ ．１ 】 ＮＯ Ｖ ．２ ０１ ３
ｌ １ 月
微 小 型 旋 转 音 圈 电机 的 磁 路 分 析 与 电枢 反 应 研 究
磁路设计
双磁体磁路的结构：
• • • • • 辅助磁体可使磁隙中磁通密度增加10%~20%； 辅助磁体在开路状态下充磁，所以希望其矫顽力高； 导磁碗提供一磁阻小的回路，使漏磁减小，这对磁体外 部而言，具有良好的屏蔽作用； 双磁路可按主磁路、辅助磁体分别设计，再叠加修正。 分析ATC公司的思路，一是它认为磁体的磁滞回线会影 响扬声器的失真，磁滞回线出现的本身就意味它不是一 个线性系统，产生失真是不可避免的，另一个思路是使 音圈工作在磁场的线性范围内，这就是真正采用厚导磁 上板及短音圈。 这个环其实与我们提到的短路环类似的，有人认为主要 作用是散热。一个导电也导磁的金属环当然有散热作用。 但主要还是起到音圈次级线圈的作用，短路环使磁性材 料线性电感量减少，导致失真减少。
• • • • • • • • •
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钕铁硼磁体价廉而物美，美中不足的是居里点低，只有319摄氏度， 稀土地钴磁体有两类：一类习惯称之为2：17材料，通式为R2CO17 ，R表示稀 土材料 稀土钴磁体的优点是居里点高，可达850摄氏度。 铁氧体磁路是由导磁上板、导磁板柱和磁体组成。利用铁氧体的磁性，而用低碳 钢制成的导磁上板、导磁板柱形成导磁通道，在磁隙中形成一个均匀的强磁场， 进而推动载流音圈振动。 磁力线能穿透一切（超导体除外）物质，无往而不在，只是导磁板磁阻较低，磁 力线穿过较多，由于人们对电路熟悉，因此引用一个磁路概念，借用电路的分析 手段来分析磁路。 但是电路、磁路还是有相当的不同。比如：电路中电流是循规蹈矩，否则就是事 故；而磁路约束力就小得多，磁力线四处散逸。 导磁上板（华司），通常由低碳钢制成。低碳钢即含碳量较低的钢材，在扬声器 导磁极最常用的是45号钢。它的成分中C为0.42%~0.50%，抗拉强度600MPA， 屈服强度355MPA，伸长率16% 当磁隙中为高磁通密度时，导磁板可采用电工纯铁，其含碳量更低。 对于普通磁路，长期困扰的一个问题，就是磁通密度分布不均匀，也就是在磁隙 内磁通密度是均匀的；在磁隙外，由于磁阻增加，磁通密度下降，由于磁路形状 不对称，导磁板上、下两边下降速度不同。 由JBL公司最早推出的T形磁路，由于在磁隙中产生均匀磁场而受到重视。普通磁 路的磁通，在磁隙上下公布是不均匀、不对称的。将导磁柱形状改一下，做成T 形，在磁隙中的磁通分布上下是均匀的、对称的。这就进一步减小了扬声器的失 真。由形定名，这种磁路被形象称之为T形磁路，或称对称磁路（SFG）。 Nhomakorabea磁路设计
两自由度动磁式音圈电机设计与仿真
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两 自 由度 动 磁 式 音 圈 电学 ，长 沙 ４１００８２）
摘 要 ：设计 了一种 能够实现两 自由度运动 的动磁式 音 圈电机 。介绍 了该 电机 的结构形 式和工作 原理 ，对该 电机的磁路进行 了理论分析与有 限元仿 真 ，两者结果相 差约 １０％ ，验证 了理论分 析 的正 确性 。最后 进行 了加工测 试 ，验证 了该音 圈电机能够实现高速高频响运动 。
关键词 ：音 圈电机 ；两 自由度运动 ；磁路 分析 ；有 限元仿 真 中图分 类号 ：ＴＭ３５９．４ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１００４—７０１８（２０１８）０３—００２９—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｗｏ Ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ Ｍ ｏｖｉｎｇ Ｍ ａｇｎｅｔ Ｔｙｐｅ Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ
１ 两 自 由度 ＶＣＡ 结构 设 计 与 磁 路 分 析
１．１ ＶＣＡ结 构形 式 两 自由度 ＶＣＡ 的结 构形 式 如 图 １所 示 。其 内
部采 用 两对 电磁 驱动 器驱 动柔 性支 承支 持 的透镜 实 现 Ｘ，ｌ，轴方 向上 的平 动 ，而 能 够 实现 两 自由度 运 动 的电机 是设计 的关键 。
随着精 密 驱动技 术 、位移 检测 技术 的发展 ，超精 密 定位 设备 的性能 得 到 了很 大 的 提 高 ，其 定 位精 度 从 过去 的微 米量 级跨 越 到亚微 米 甚至 纳米 量级 。大 部分超精密定位设备 中电机采用直接驱动 的方式 ， ＶＣＡ 以其特 有 的高加 速 、高 频 响优 势 在 精 密定 位 领 域 占据 了 重 要 一 席 ，如 光 束 指 向机 构 的 高 频 扫 描 、机器 人末 端 执行 器 的快速 、精 确定位 等 。
微型扬声器知识
微型扬声器知识讲义编著整理：游少林随着通信事业的发展，近几年以来我国通讯终端产品产量增长很快。
扬声器越来越趋向微型化，而微型扬声器体积小，质量轻，所以在性能设计上有很大的局限性，设计一款优秀的微型扬声器，给消费者带来优质的听觉享受，是我们电声工程师孜孜不倦的追求。
根据电声前辈们积累下来的精华结合本人对微型扬声器的实践经验，编写了本讲义。
不妥之处敬请各位批评指正。
一．微型扬声器的结构主要由这几部分组成（盆架，磁钢，极片，音膜，音圈，前盖，接线板，阻尼布等）耳机喇叭结构如下图：外径为15mm手机喇叭结构如下图：外径为20mm二微型扬声器的发声原理1 应用的基本原理-------电，磁，力带有电流的导线切割磁力线，会受到磁场的作用力。
导线在磁场中的受力方向符合左手定律。
作用力大小F=BLI（B为磁感应强度，L为导线长度，I为电流）2微型扬声器的发声原理A 扬声器的磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场（磁感应强度的大小与方向处处相同的磁场）。
B. 扬声器的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜。
C. 音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力，带动振膜一起上下运动，振膜策动空气发出相应的声音。
D. 整个过程为：电—力---声的转换。
3 馈入信号与发出声音的对应A. 磁场恒定，音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化，B. 音圈在磁间隙中来回振动，其振动周期等于输入电流周期，振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱。
B.音圈有规则的带动振膜一起振动，策动空气发出与馈入信号相对应的声音。
三微型扬声器磁路的设计1.1磁场的产生A，安培分子电流假设：在原子、分子等物质微粒内部，存在一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两极相当于两个磁极。
B，磁场的产生：从宏观上看，磁场是由磁体或电流产生的；从微观上看，磁场是由运动电荷产生的。
理解：⑴磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷产生的。
微电声--微型扬声器标准设计规则(2010)
•d6:音圈底面与磁罩底面之间距;
•d7:磁罩压圈底面轴向包塑厚度; •d8:PCB粘合面塑料厚度; •d9:PCB粘合面与磁罩底端之间距;
•d10:PCB面与磁罩底端之间距;
•d11:极芯片厚度; •d12磁钢厚度.
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标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(3)
音圈(Voice coil)
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标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(1)
径向尺寸
•Φ0:产品外径; •Φ1: 支架振膜台阶档外径; •Φ2:支架振膜台阶档内径; •Φ3:支架尾端直径; •Φei:振膜音圈档外径; •Φd:振膜音圈档内径; •Φm:磁钢外径; •Φp:极芯片外径; •Φci:音圈内径; •Φco:音圈外径;
3.4 支架尾端转角处的强度: 必须遵循d7>0.50mm, 否则应考虑加上加强型二台
阶, 如下图所示:
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机械结构标准化设计—支架及下振动空间设计
3.5 支架尾端包塑厚度d1≥0.30mm, 否则会产生缺塑; 3.6 下振动空间设计: • d5: 对音圈档与振膜粘结档共面的振膜而言, 下振动空间首先通过d5的设计来保 证, 详见表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》; 对音圈档高于振膜粘 结档的振膜,表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》中给出的d5值中可 以减去音圈档高出振膜粘结档的尺寸,作为音膜台阶相对于磁回路平面的高度的设 计值; • 正如2.1中所述的, 下振动空间的另一个重要的设计值是音圈的打底距离 d6≥0.60mm, 这个数值已经将音圈高度的偏差, 振动系统的自重所引起的局部 下垂等都考虑了进去; 3.7 背通气孔: 本规则暂不推荐具体的定量设计值, 只要求孔的分布尽量对称于横 轴和纵轴,以降低THD(低频).
喇叭音圈。扁线好_还是圆线好？
喇叭音圈。
扁线好/ 还是圆线好？扁线音圈作为一种先进技术，是由JBL公司发明的。
最初用在低音扬声器上，后来高音扬声器也普遍采用，铝线和铜线均有。
扁线占空系数高，磁空隙利用率高，旨在提高灵敏度。
根据测试，在同一磁路中，扁线音圈比圆线音圈可提高灵敏度约1dB。
许多读者都常常会看到喇叭标榜大音圈设计，但其中到底是啥意思呢??首先要了解这种设计的话必须先了解何谓音圈，一个传统的动圈式喇叭的寿命首先决定于音圈的质量，音圈可说是扬声器的心脏，其位于磁路内部连接鼓纸震膜，动圈式喇叭是利用固定磁场的反作用力使另一个磁场反方向动作(异极性相吸、同极性相斥)，而音圈，就是单独的一段金属线缠绕在一个称为轴承的圆柱体，而当主机或功放发出的功率交流电经过这段金属线时，会产生改变的磁场极性，唱片所发出的声音，透过电子器材转换成电流，这个电流使音圈相对于喇叭磁铁所产生的固定磁区产生反作用力，一个正向脉冲使圆锥纸盆相对于磁铁产生往外的运动、而负向脉冲使纸盆向内运动。
当音圈推动纸盆产生来回运动时，就会使至震膜推动空气，使空气压力产生改变，聆听者所接收到这些改变的讯息，就是称为声音。
而音圈一般为圆形的自粘铜漆包线绕制，不过这个零件据说是喇叭中最矛盾的部位，为了增大程受电流与功率，线径就要增大，线径大了，要求磁隙就大了，磁隙大了，功率效率反而下降，所以只能在矛盾中取中间值。
音圈一般为两层绕制，单层绕制无法引出线。
音圈是绕制在一个强硬材质的骨架上，大功率的扬声器骨架有铝或功夫龙(Kevlar)製成，不过音圈还是铜线的。
那我们了解音圈之后许多读者会想这跟动态范围有啥关系?上期笔者有提过喇叭的承受功率越高，理论上来说动态范围会越大，而大音圈的设计可在相同推力情况下，音圈直径加大了，线圈匝数可以减少；匝数减少了，线径可以加粗。
粗线可以承受更大电流，机械强度也较大，且与振膜接触面积也大，粘合后强度高，不易开裂，因此承受功率也比较高，自然比起小音圈喇叭动态范围上升不少。
高效能双线圈音圈电机的设计与分析
上海工程技术大学学报JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCE Vol.34No.3 Sept.2020第34卷第3期2020年9月文章编号：1009-444X(2020)03-0209-06高效能双线圈音圈电机的设计与分析吴迪，朱姿娜(上海工程技术大学机械与汽车工程学院％上海201620)摘要：针对圆筒型音圈电机轴向充磁永磁体利用率低的缺点，提出应用双层H<t<ch永磁阵列和双线圈的方式对音圈电机结构进行改进.通过有限元法分析音圈电机中永磁体充磁角度、气隙宽度及永磁体厚度等结构参数对永磁体气隙磁通密度的影响.根据仿真结果对音圈电机的磁路结构和线圈结构进行改进，改进后的音圈电机在保证推力的同时可使磁体利用率提高53%，证明提出结构具有高效性.关键词：音圈电机；H<t<ch永磁阵列；充磁角度；磁体利用率中图分类号：TM359文献标志码：ADesign and Analysis of High-Efficiency Double-Coil Voice Coil MotorWU Dt%ZHUZtna(School of Mechanical and Automotive Engineering,Shanghai Universty of Engineering Science,Shanghai201620,China)Abstract:Aiming at the shortcomings of low utilization rate of the axial magnetized permanent magnets for the cylindrical voice coil motor,a double-layer Halbach permanent magnet array and a double-coil me7hodwereproposed7oimprove7hes7ruc7ureof7hemo7or.Theinfluenceofs7ruc7uralparame7erssuch as magnetizing angle,air gap width and permanent magnet thickness on the air gap magnetic flux density of the permanent magnet in the voice coil motor were analyzed by finite element method.According to thesimulationresults,the magneticcircuitstructureandcoilstructureofthevoicecoil motor wereimproved.Theimprovedvoicecoilmotorcanincreasethemagnetutilizationrateby53%whileensuring thethrust,whichshowsthattheproposedstructurehashighe f iciency.Key words:voice coil motor；Halbach permanent magnet array；magnetization angle；magnet utilization rate近年来，随着精密制造技术的发展，音圈电机因体积小、结构简单、高频响应、高精度以及换向方便等优点而广泛应用于半导体制造设备、光学电子显微镜、振动平台和主动减振系统等高精密运动系统中音圈电机是一种特殊的直线电机，对其进行结构设计时应尽量满足以下两点[4]:1）以最少的永磁体及导磁材料，设计具有高磁通密度的均匀气隙磁场，提高工作效率，产生尽可能大的推力;2）在收稿日期：2020-05-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（51705305）上海工程技术大学研究生科研创新资助项目（19KY0121）作者简介：吴迪（1995-），男，在读硕士，研究方向为电磁驱动器设计与控制.E-mail:S j21537@通信作者：朱姿娜"987-）,女，副教授，博士，研究方向为磁力耦合驱动、机构优化设计、机器人.E-mail:zhuzina@・210・上海工程技术大学学报第34卷满足推力要求的前提下，尽量减小音圈电机的体积和运动部分的质量，使其具有更高的加速度和快速响应能力.在不同的音圈电机设计中，为提高电机的有效输出力及动态性能，采用的技术方法主要包括选择不同磁体安装方式、磁路结构设计以及对线圈结构进行改进等'(刘华等囚研究了双磁体差动音圈电机的工作特性，主要对电机气隙磁场强度和线圈长度对结构参数的影响进行分析，归纳总结出双磁体差动音圈电机的一般设计步骤.寇宝泉等「刀对Halbach结构进行研究，得出在电机磁路设计中Halbach型永磁排列可以提供较大的气隙磁通密度正弦度•罗辞勇等⑻提出线圈前移式音圈电机结构，通过仿真分析和试验验证了这种方法可以有效解决直线型音圈电机平均出力小和出力密度不高的问题•以上研究可以看出，目前在对音圈电机结构的设计中，主要是分别对磁路结构和线圈结构进行局部的改进优化，而同时对磁路结构和线圈结构进行改进的研究不多•本文以圆筒型音圈电机为研究对象，研究设计一种应用双层Hlach特殊阵列结构磁体的直线型音圈电机，同时对音圈数量进行调整，通过采用双层线圈的形式提升音圈电机磁体的利用率，并使用有限元软件Ansoft分析结构参数对电机推力的影响•!音圈电机数学模型音圈电机是一种特殊形式的直线电机,其结构组成如图1所示，主要由永磁体、磁轭、线圈和线圈支架4个部分组成.其中，线圈绕组嵌放在线圈支架上作为电机初级，永磁体和磁轭作为电机次级•轴向充磁的圆柱永磁体在其与磁轭的气隙空间产生磁场，并作用于载流线圈，产生轴向电磁力.图1音圈电机结构Fig.1Structure of voice coil motor音圈电机的工作原理是根据安培力原理，即通电线圈在磁场中受到安培力的作用，该安培力即为电机的推力，随线圈中电流方向和大小的变化，线圈做往返直线运动•安培力可以表示为!二"/(1)式中：！为安培力，N；*为电流，A；#为磁场强度，T$为导体长度，m；I为整个导体长度的变化量•音圈电机工作时须克服动子的静摩擦力才能做直线运动•在实际应用中，电机做加减速直线运动须克服动子部分惯性力+，公式为F m二ma，(2)dt式中:m为动子部分总质量Pg；a为动子运动加速度, m/s2$为动子运动速度,m/s；t为动子运动时间,s.电机动子运动时存在动摩擦力E,与电机运动方向相反，设动摩擦系数为4电机电磁推力为E,电机的力平衡方程为F c，kv(3)F二F m.F c，m.k-(4)dt根据式(1)和式(4)可知，在对音圈电机进行设计时,可以通过改变气隙磁场强度、线圈电流大小以及线圈在磁场中的长度来提升电磁推力.同时音圈电机动子部分质量、运动速度和时间也影响电机推力.2音圈电机结构设计2.1Halbach永磁阵列磁路结构普通音圈电机的磁路结构大都采用单磁体轴向充磁，如图2(a)所示•这种充磁方式的优点是结构简单、加工容易，但永磁体充磁方向单一,仅磁极附近磁通密度强，永磁体利用率不高•Halbach永磁阵列磁路结构是一种特殊的磁路排布结构,目标是用最少量的永磁体产生最强的磁场，充磁角度偏转的Halbach永磁阵列结构示意图如图2(b)所示•相比音圈电机中的轴向充磁，此结构具有多磁极、磁通密度强的优点•普通轴向充磁与充磁角度偏转的Halbach永磁阵列磁感线分布对比如图3所示.从图3(a)可以看出，单磁体轴向充磁的方式仅磁极两侧磁感线分布密集，磁极中间部分磁感线分布稀疏•从图3(b)可以看出，Halbach永磁阵列具有特殊的单边聚磁效应，磁体下部分磁感线分布明显高于磁体上部分，并且整个磁体下部分磁感线分布都很密集，这样的排布方式有利于提升永磁体的利用率•第3期吴 迪，等：高效能双线圈音圈电机的设计与分析・211・图2 单磁体与单层Halbach 永磁阵列充磁对比Fig. 2 Comparison of magnetization between single magnetand single layer Halbach permanent magnet array0.002 20.001 5-0.005 1^/(Wb-m _1)0.004 80.002 90.004 20.003 50.000 90.000 2-0.000 5-0.001 1-0.001 8-0.002 4-0.003 1-0.003 8-0.004 4A / (Wb-m _1)10.004 90.004 20.003 40.002 70.002 0!0.001 30.000 50.000 2-0.000 9-0.001 7-0.002 4-0.003 1-0.003 8-0.004 6-0.005 3-0.006 0(b)单层Halbach 永磁阵列充磁图3 单磁体与单层Halbach 永磁阵列磁感线分布对比Fig. 3 Comparison of magnetic induction linedistribution between single magnet and single layer Halbach permanent magnet array 本文考虑将2个Halbach 永磁阵列中磁通密度较强的一侧叠加形成高磁通密度磁场，并对Halbach 永磁阵列充磁角度进行研究，对典型的充磁角度为45°和90°的Hlach 永磁阵列进行对比 分析.具体的研究方法为设定磁体总长度和厚度相 等，对比分析充磁角度分别为45°和90°时的气隙磁通密度％种充磁角度结构示意图如图4所示. 仿真得到的气隙磁通密度曲线对比如图5所示.从 图5可以看出，充磁角度为45°和90°的Hlach永磁阵列磁通密度分布趋势大致相同，但充磁角度 为45°的磁体结构磁通密度曲线峰值明显高于充磁角度为90°的磁体结构，并且在峰值附近气隙磁通密度波动平缓，因此产生的安培力相对稳定，有 利于音圈电机出力的平稳性•充磁角度为45°的双层Halbach 永磁阵列的磁感线分布如图6所示.从图6磁感线分布可以看出，与图3(b)中单层Hlach 永磁阵列磁感线的分布不同，图6中磁感线分布集中 且磁通密度强•因此将充磁角度为45°的双层Halbach 永磁阵列作为进一步研究的对象.permanent magnet array with different magnetization angles图5充磁角度为45°和90°的双层Halbach 永磁阵列气隙磁通密度曲线对比Fig. 5 Comparison of air gap magnetic flux density curvesof double-layer Halbach permanent magnet array withmagnetization angles of 45° and90°・212・上海工程技术大学学报第34卷/(Wb-m_1)Y.0.0090I0.0076■0.00630.00490.00350.00210.0007-0.0007-0.0020-0.0034-0.0048.-0.0062.-0.0076.-0.0090■-0.0103mm 050100图6充磁角度为45°时双层Halbach永磁阵列磁感线分布图Fig.6Magnetic induction lines distribution ofdouble-layer Halbach permanent magnet arraywith magnetization angle of45°为进一步研究结构参数对电机性能的影响，采用有限元仿真对电机主要结构参数进行研究，主要研究气隙宽度和磁体厚度对磁通密度的影响•首先分析气隙宽度对磁通密度的影响，分别仿真气隙宽度为2、4、6和8mm时气隙磁通密度沿电机轴向的分布，如图7所示.从图中可以看出，随着气隙宽度的增大，磁通密度逐渐减小，且4种不同尺寸气隙磁通密度沿轴向分布趋势相同•气隙宽度为2mm时磁通密度最强，但是由于气隙宽度过小不利于线圈的装配和散热，因此选定气隙宽度为4mm作为进一步研究的对象.气隙宽度确定4mm 后对磁体厚度进行研究，分别研究磁体厚度为5、7、％和11mm时磁通密度的分布•仿真得到不同磁体厚度时磁通密度沿电机轴向的分布情况，如图8所示.通过图8可知，随着磁体厚度的增大，气隙磁通密度也增大，但随着磁体厚度的增大气隙磁通密度增量相对有所减缓，因此，为节约成本并提升永磁体的利用率，选择磁体厚度为5mm.2.2线圈结构音圈电机中永磁材料的费用在制造成本中比重很大，考虑音圈电机的制造成本，选择合适的线圈设计结构以减少永磁材料的体积十分必要•目前音圈电机大都采用单音圈结构，具有结构简单且响应速度快的优点，但是单音圈结构电流负载受限,制约音圈电机推力的提升•针对该问题，结合式（1）一0—气隙宽度为2mm…。
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FINEMotor™
扬声器磁路系统及音圈设计程序
指导书
注意：如果将PDF READER的“平滑文本”选项去掉，将会解决显示汉字太淡的问题。
FINEMotor程序是模拟和设计各种喇叭单体的磁路和音圈的理想程序。
这些单体不但包括中低音和圆顶喇叭而且还包括电话接收器和耳机等。
6.5英吋低音扬声器设计
启动 FINEMotor，选择 "NEW" 或 _Default.fm2。
我们先试用一种现存的9.75mm卷宽的音圈. 按 "Voice Coil"音圈按钮:
选 2 层圆铜线圈，然后设定直流电阻Re=6.2欧姆. 注意 "Wire Stretch"(音圈线延展率) 设定成 4% 来配合我们实际的线圈(见calculated winding计算的卷宽).
按 "Acoustic Components" 声学组件按钮，将会出现如下对话窗口:
输入有效直径D=13.11cm( 包括悬边一半) 以自动地计算出振动面积 Sd. 下面需输固定质量，是除了音圈线以外的全部振动质量。
这等于: 一半 (会动的) 边 + 音盆 + 防尘盖 + 音圈架 + 半个弹波 + 胶 +空气负荷. 我们知道这是8 克. 因为默认值 3 是针对典型的铝合金音圈架，所以我们使用 Kapton 时设定 Qms=7。
因为不知道 Fs，我们点选 "Use calculated Fs用计算的 Fs" 用FINEMotor计算。
音盆加边的共振频率 Fo为22.5 Hz。
我们看到边的顺性已经被计算为 6.25 mm/N。
我们想要用具有变位为1.2mm/N的弹波，但是我们看见这样得出Fs = 51.04 Hz。
那太高了；改弹波变位为2.0mm/N得到可接受的Fs为41.61Hz。
最后我们看一下磁铁系统。
按" Motor Parts" 选定 " Use estimated leakage "用预估磁漏:
选择70x32x15磁铁，加上27.20内径的华司和现成的T铁。
然后我们来看主窗口左上方的曲线图，如下:
这是系统主要曲线，显示出所有能满足前面我们输入的规格条件的各种可能卷宽的音圈。
垂直的虚线指示现在卷宽的模拟结果。
试着按住左键的鼠标再左右拉动，所有随卷宽变更的喇叭TS参数便同时在下面算出。
对约10mm 的卷宽，我们得到 0.46 的 Qts，这对低音反射箱用途Q值较高和 2.35mm 的 Xmax有效振幅。
让我们试一个比较大的磁铁:在 " Magnet Parts Selection磁铁部件选择 " 按向下箭头选磁铁为 84x33x15mm. 按Apply生效。
因BL 从 5.62 增加到 7.14Tm， Qts现在是 0.29，这很好，但是我们甚
至能用更长的卷宽，如 15.5mm 给Xmax=5.28，仍保留低的 Qts=0.33。
注
意此时T铁厚度一定要从 5 增加到 6.3mm，这在磁回简图中会显示。
另外一个不同的方式是试用 4层的音圈 (在 "Voice coil 音圈部件"内设定)
而非磁铁变大。
再回到选磁铁部件处，选择72x32x15mm 磁铁，4层的音
圈，然而这将需要比较粗的线，因此我们必须修正磁隙，磁场将会随之改变吗?
选定 "Adapted Top Plate ID自动调适华司内径”，会保持固定的音圈外径
与华司内径之间隙并重算出磁隙磁场! 输入 0.35 的间隙，按Apply生效。
在曲线上选择 10mm 的卷宽，可看到现在Qts 是0.29! 因此我们能选卷宽
约14.5mm 仍然有走够低的 Qts为0.35，且Xmax 还有4.78mm。
注意华司
内径ID 自动地增加，以维持预设的间隙，而且因为音圈质量比较大， Fs(计算的) 变低了。
到目前我们都是用磁漏 FL默认值，因为它能很快做出一个大致正确的模拟。
最精确的结果，当然要输入来自磁场有限元素分析软件，如 GEMINI，FEMM 或其它程序算出的磁力线分布特性。
现在由GEMINI计算出的72x32x15 磁铁两层线磁路的磁隙磁通量被输入
到 FINEMotor 之内，得到新的曲线如下:
BL 增加 4% (0.36dB) 到 5.85Tm ， Qts 降到 0.43. 跟起始的简单模拟差异仅 4%， 完全可接受! 我们尚可变更漏磁 FL=2.12来进一步的增加模拟的匹配程度。
基于大功率高灵敏度的要求， 最后可看看用扁线线圈怎样. 我们选择 1 层扁线音圈， 并用自动调节了的华司内径。
为什么新的 (蓝色的) 曲线会凸凹不平? 因为扁线宽度/厚度比不是恒定的。
由于线径是 0.06x0.65mm ， 12mm 卷宽的音圈表现出非常好的特性。
注意音圈：由黄线指示音圈偏移+1.60 mm (向下). 只要点按曲线并滑动即可仿真偏移时的特性. 这个功能对线圈上下移动的分析是非常有用的, 因为所有的 T/ S 参数是同时自动计算的, 所以, 实际上音圈的整个运动过程就能被分析出来.
1英吋Neo圆顶高音扬声器
我们想要使用Neo磁铁设计一个 1英吋的圆顶高音用扬声器. 选择内磁模式，输入下列资料:
音圈是 2 层铜线Re=6.3欧姆。
延展线长4% 将会得到接近实际做出音圈的 2.1mm卷宽。
设定磁铁部件的规格如上，将会用 25x5x3mm neo仿真出 88.09 分贝的声压级。
我们想增加灵敏度，在“Edit Magnet Dimensions” 输入一个比较厚的4mm neo 片。
声压级现在仅增加 0.74 分贝到 88.83 分贝。
让我们换一种线. 改回到先前用的磁铁后，我们在 "Voice coil"音圈按钮中选择 CCAW 线 (按 "1" 回到第一个仿真，下一个将会是 3)。
选择使用 0.112 CCAW 的线仿真，我们可得到 90.01 分贝的声压级。
如果实际作出单体并准确的测量，便能相应调整FL磁漏值而得到进一步的准确
仿真结果。
Peter Larsen
注:所有的上述例子是在 FINEMotor 光盘上，包括磁通量描绘 (6.5 英吋低音扬声器例子 B-flux.txt)
Agern Alle 3 – 2970 Horsholm – Denmark
Tel: (+45) 4582 6291 - Fax (+45) 4582 7242。