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跑道型激振器之激振力探討

由於激振力大小取決於線圈的作用線長和氣隙的磁通密度。因此 本章將探討如何配合激振器選用合適的音圈線徑,氣隙間磁通的分布 以及藉由改變激振器的參數,如激振器寬度、長寬比、高度等,探討 這些參數與氣隙磁通密度之關係,並在歸納結果後建立磁通資料庫,

方便往後設計時,可快速推估各尺寸下的磁通密度,最後探討以外加 磁體之方式,再次增強激振器磁通密度。

3-1 音圈線徑的選用

當繞製音圈時,選用的漆包線線徑影響著激振力的輸出,採用線 徑小的線圈可減輕音圈的重量,但也因同歐姆值下的線長過短,導致 作用線長過低;而線徑大的線圈在同歐姆值下有較長的線長,但需考 慮到捲扶不應過長超出主要的氣隙磁通範圍,以免造成作用線長下降。

而本文主要磁通範圍為 1.6mm,在考慮以上幾個影響因素後,可從表 3-1 中得知線徑 0.10mm 繞製 4 歐姆的捲扶長最接近 1.6mm,所得的作 用線長為最大(如圖 3-1),因此本文之音圈採用最合適的線徑 0.10mm 繞製,以提供最高的激振輸出。

3-2 氣隙磁通密度分布

由於傳統圓形激振器,有著軸對稱的幾何外型,因此氣隙間的各 點磁通大小也是軸對稱的分布,而激振器外型變更成跑道型時,非軸 對稱的幾何外型,導致其氣隙間的各點有著不同磁通值,因此根據跑 道型激振器外型,依照路徑進行靜態磁場分析,如圖 3-2。觀察其氣 隙磁通之分布情形,如圖 3-3、3-4 可知氣隙間磁通呈現不均勻地分佈

而本文以磁通均值作為衡量激振器激振強度的標準,其名詞定義如下:

直邊均值 B1:氣隙路徑 A-B 各點磁通密度相加總和,取帄均值 弧邊均值 B2:氣隙路徑 B-C 各點磁通密度相加總和,取帄均值 總均值 B:(直邊均值*AB 長度+弧邊均值*BC 弧長)/總長度

3-3 導磁片厚度

本節以導磁片厚度 1.0mm 為例(激振器長 55 寬 10.5 高 7.2 氣隙 gap1.5 U 型鐵厚度 1 磁體 5.2),探討導磁片厚度與氣隙磁通之關係,

如圖 3-5,在厚度增厚為 2.0mm,B 最大值越接近於 B 帄均值,磁通分 布最為均勻,但造成 B 帄均值大幅下降;相反地,在厚度變薄時,如 厚度 0.5mm,有較大的 B 帄均值,但磁場分布最不均勻。一般而言,

選用導磁片厚度時,追求最高 B 帄均值且磁場分布均勻才為理想的選 用目標,而整體磁通收斂情形,由表 3-2 可知,在厚度 1.0mm 時,B 帄均值增幅< 2%,可達到收斂。因此,導磁片厚度 1.0mm 為最佳選擇,

故本文以導磁片厚 1.0mm,進行以下激振器其他參數之探討。

3-4 激振器高度與磁通收斂之關係

本節以激振器寬 10.5mm 長寬比 5 為例,高 4mm(磁體 2mm)為基準,

探討高度遞增時,氣隙磁通密度之變化情形,其分析結果見表 3-3。

由圖 3-6 可知,磁通變化與高度並不為線性關係,而是為一曲線,而 磁通在高度 6~8mm 時可達到收斂。另外,探討在其他兩個長寬比 6、7 的激振器,其磁通密度之收斂情形與長寬比 5 仍有相當一致的情形。

因此可歸納出:

1. 在高度設計時適宜在範圍 6~8mm,使材料作有效地運用,避免浪費。

2. 高度成長倍率之曲線,可適用於各長寬比下的激振器。

3-5 激振器長寬比與磁通收斂之關係

本節以激振器寬 10.5mm 高 7.2mm(磁體 5.2mm)為例,長寬比 2 為 基準,探討當長寬比增加,長度變大時,氣隙磁通密度變化之情形,

其分析結果見表 3-5,並與相同規格等直徑的圓形激振器作比較,如 表 3-4。另外,再探討其它寬度 20mm、40mm 下,觀察其磁通收斂之關 係,如圖 3-7。

而從分析結果可歸納出:

1. 在長寬比≧3 後,總均值 B 便可高於同規格圓形激振器。

2. 在長寬比≧5 後,弧線 B2 值趨於收斂。

3. 在長寬比≧7 後,直線 B1 值、總帄均值趨於收斂。

因此在長寬比設計時,建議長寬比介於 3~7,可提供高效率的激振力,

且避免材料浪費。

4. 長寬比成長倍率之曲線,可適用於各寬度下的激振器。

3-6 磁通密度之快速推估

在往後設計揚聲器,需改變激振器之尺寸時,由前兩節建立的磁 通資料表,可知激振器的長寬比、高度,兩參數對磁通成長倍率之影 響。因此搭配各寬度下的磁通密度基準值(長寬比 2 高 4mm),如圖 3-8,

便可根據其成長倍率快速推估新尺寸下的磁通密度,其公式如下:

磁通密度=(寬度磁通基準值)*(長寬比成長倍率)*(高度成長倍率)

應用實例:

有一跑道型激振器尺寸為長 70mm 寬 20mm 長寬比 3.5 高 6mm,

可查圖得知其寬度基準值為 0.410、長寬比成長倍率為 1.52、

高度成長倍率為 1.20

新磁通密度= (0.410) * (1.52) * (1.20)

= 0.748 T (誤差 6%)

3-7 激振器外加磁體之磁通增強探討

本節以外加磁體之方式,如圖 3-9,藉由在激振器(長 55mm 寬 10.5mm 高 7.2mm)外的導磁片處,與內磁鐵以相斥方式外加厚度為 2.5mm 之磁鐵,從磁通剖面圖,探討其磁力線之走向、疏密及磁通密 度之增強情形。由原磁力線圖 3-10,可觀察到激振器有若干磁力線從 導磁片外繞大半圈通到 U 型鐵,而沒通過氣隙,產生漏磁現象;而從 外加磁體之磁力線圖 3-11 可知,外加磁體可使原本漏磁的磁力線,因 磁性相斥而導入氣隙,改善漏磁情形,且外加磁體也可提供部分磁力 線,通過氣隙形成另一迴路,使氣隙磁力線更為密集,提高氣隙之磁 通。另外,本節也探討外加磁體厚度與磁通增強之收斂關係,如圖 3-12,

供未來設計之參考,由表可知若外加厚度僅為 2mm 時,即可大幅提升 氣隙磁通高達 24%,而當外加厚度為 6~8mm 時, 磁通增幅已收斂(增 幅小於 3%)。因此未來依據揚聲器尺寸,進行激振器外加磁體之設計 時,建議外加厚度不宜大於 8mm,便可有效率地使用磁體,提升氣隙 磁通密度。

3-8 激振器外加磁體之實作應用

依據前一節之激振器尺寸,以外加磁鐵方式實作應用於狹長型揚 聲器(板寬 8mm,長寬比 15),觀察兩曲線之整體聲壓感度,如圖 3-13,

可得知激振器藉由外加磁體之設計,運用於揚聲器時可大幅改善聲壓

感度,整體提升幅度約 3dB。因此,經由實作與分析驗證,藉由外加 磁體方式可有效地提升揚聲器聲壓感度。而未來選用激振器時,依據 揚聲器衝程大小,搭配合適的外加磁體,便可有效大幅提升氣隙磁通,

增強揚聲器整體聲壓感度。

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