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强力磁铁磁路设计举要
双击自动滚屏 发布者:管理员 发布时间:2016-2-27 9:46:27 阅读:2845次 【字体:

强力磁铁磁路设计举要

设计磁路要因时因地制宜
     我们从介绍磁性材料入手乃1述出磁路设计的原理和磁路设计方法。由于每个应用门延谷有目○的特包,加之人1il对磁路的研究远逊于电路的研究,所以磁路的设计也远不如色路设计那样条理分明,那样精确,而设计的侧里总也合伺Wr个例。这就导致设计方法的多样化,设计结果的多样化。
     耳此,只有从具体设计出发,探究磁路设亏十的奥妙。由于磁路应用的广泛性,每一门类产品的设计其差别又极为悬殊,如发电机、电动机、扬声器、测量仪等,所以我们只能选择出较明朗、研究者较多的、又比较容易接受的内容简明介绍。
     我们多次强调磁路设计复杂、困难、结果多样,不甚精确。这是由于:
     1)永磁体本身磁特性之间的关系比较复杂,向协性能小仅与磁体特殊结构和尺寸育关,还与工作特性有关。
     2)磁体内部的磁感应和磁场强度都是很复杂的,为此在设计中做了许多假设,特别是空气中的漏磁通分布有许多假设。
     3)作为设计依据的磁体本身参数测试的精确便是一定的,而测试试件和磁路所用:磁体又不尽相同。
     4)磁路设计的实用性、多样性,再加上目前这些方法尚可应付常用设计。所以对研究工作者、学者来说,磁路设计的研究不具有强大的吸引力。

扬声器磁路设计

设计前的准备
      两声器磁体用量占磁体总用量的第一位。据日本统计,其所耗金额占总金额的40%。旨虽无完整统计,但据各厂实地调查,硬磁磁性材料主要用户也是扬声器制造厂,所以E们先就扬声器磁路设计问题分析说明。
      除了扬声器以外,还有一种类似的结构叫音圈电机,又称直线电动机,能将电能转换成直线机械运动,用于电子计算机的磁盘存储器中。
      永磁式音圈电机结构,图中磁体在导磁板气隙中建立恒定磁场,气隙中放置音圈,当音圈有电流流过时,在磁场作用下音圈作直线运动。
      扬声器与音圈电机结构类似,设计方法、磁路结构亦类似。为达到良好设计的目的,必须清楚了解磁路在扬声器中扮演的角色。

1.纸盆(锥形)扬声器的结构
      纸盆扬声器的一般结构。纸盆是由特制纸浆压制而成的,并多数呈圆锥形。纸盆的中心部分同一可动线圈作机械连圭接,此可变线圈叫做音圈。此音圈处在磁路的磁缝隙间,故磁力线与音圈导线成垂直交越状态。定心支片的作用之一,就是限制和保证音圈和纸盆只肪拙判秒刮。盲囤、疋心支片、防尘罩、纸盆等构成了扬声器的振动系统。汤声器另一部分是磁路系统,它包括磁体和导磁系统。盆架、压边等是扬声器的辅助系统,它对各部件起着连接、支持、固定的作用。

2.效率
       效率可表示为扬声器辐射输出声功率与加在扬声器上输电功率之比,纸盆(锥形)扬声器的效率是较低的,只有百分之几,扬声器的等效电路。
       这时效率能简化为C中,为气隙磁通密度,单位T;l为音圈导线长反,率仪Cm;rA力辐射力阻,机械欧;XA为藉射力抗,机械欧irE为首圈甩阻,早位fIl/IC刃振膜系统力抗,机械欧;rC为振膜系统力阻,机械欧。
       由此可见,扬声器的效率与矿成正比,在其他条件相同下,增加B意义甚大。

3.失真
       讨于扬声器在某种意义上说,失真比效率提高更为重要,特别是对高保真扬声器、监听用扬声器,减少失真更是第一位的任务。
      扬声器输出声压的失真,有非线性失真、暂态失真、异常音等,在这里仅仅解说非线性矢真。
      非线性失真产生的原因,来自振动系统和驱动系统两个方面丿卩由悬置引起的失真和,盆引起的失真,及由驱动力引起的失真。前者是由于定心支片、折环等支持部分及纸锥振膜)机械特性非线性而产生的;后者是由于音圈所在空气隙磁通分布不均匀及音圈周围的磁性材料非线性引起的。
      一般扬声器磷滋场磁通的分布。在磁隙中心部分(气隙长度70% ~ 80%范围内)比较均匀,在两侧下降,而且两部分不对称。所以音圈向两方向移动时,,值是不相同的,因而驱动力产生非线性失真。
      至予音圈电流产生的失真,是由于式(4-2)中的己、刃旷函的非线性引起的。由于音圈周围的磁性材料具有非线性的磁化特性,B.如前所述是分布不均匀的,自然也受振动系统的非线性影响。
      对于磁化特性非线性引起的炔真,此处稍加详细说明。音圈附近磁体具有工作状态。
      永久磁体产生直流磁场,导磁板等导磁体和磁空隙受相同直流磁场磁化,同时与流过音圈电流成比例的交流磁场所产生交流磁通亦通过它。导磁体对交流磁场所描述的轨迹不是直线,出现了高次谐波,所以当音圈加一正弦电压时,由于交流磁场的存在,流过音圈的电流产掌波形失真。
      流过音圈的音频电流所产生的失真,根据磁通通过的地方而异。在音圈周围的导磁柱及导磁板附近以(ΦA)三次讠旨坡失真较多,而通迄磁体的磁造通(ΦB)增加时,一般是二次谐波失真较多。
      扬声器要求当,一定时,不论音圈如何运动,都希望它的受力是均匀的。在磁路设计二可以采用若干措施,以保证作用力与音圈位置无关:
       1)采用短音圈,使音圈经常处于磁通分布均匀之处。
       2)采用长音圈,音圈在移动时切割的磁力线不变。和前面短音圈正好构反,也能减少失真较多。
       i声器要求当,一定时,不论音圈如何运动,都希望它的受力是均匀在磁潞设计上可以采用若于措施,以保证作用力与音圈位置无关:
       1)采用短音圈,使音圈经常处于磁通分布均匀之处。
       2)采用长音圈,音圈在移动时切割的磁力线不变。和前面短音圈正好相反,也能减少失真。
       3)采用特殊的磁路结构,以保证空气隙磁通均匀T形磁路。
       采用这3种方法,皆能使扬声器失真减少。但是使用第一种方法,音圈短没有充分有坎利用磁肆紊度;采用第二种方法,音圈长使音圈重量增加。两者都会使扬声器效率降低,导致成本大幅度上升,发生了成本与失真的矛盾。
       当然,采用T形磁路,由于磁通分布对称,不会产生二次谐波。但是这种方法对减少三次谐皮失真没有仆么效果,所以必须同其他方法结合使用。设计的技巧在于避刻颐此失彼的状态。
       磁化特性的非线性关系,如果通过磁体的交流磁通减少,而局部磁滞回线线性化,导致失真下降。
       依据这种想法设计的磁路是多层铁芯磁路,在导磁柱和导磁板的邻近磁隙部分选用磁滞性能较小的材料,可减少三次谐波失真。
       采用外加钢草、铜环的方式丿卩所谓短路环方式。在导磁柱外径和磁体勺径罩一个铜制和铝制的短路环,起到音圈的次级线圈作用。短路环可加在导磁柱上部或下部。于短路的作用,使音圈电感接近于零。短路环使磁性材料非线性包感量变化小,也使失真减少。导磁柱短路环对减少三次谐波失真有利。磁体内径短路环对减少三次谐波失真有利。
       除此以外,还可在磁路中加低饱和磁通密度材料,使局部磁滞回线线性化,78% Ni的NiFe合金(坡莫合金)就是这种低饱和磁通密度材料。也可从结构上打主意,、磁隙附近导磁材料去掉一部分,使之饱和,这样就减少磁导率的非线性,减少了三次谐波失真。
       上述方法使局部磁滞回线线性化,因而失真减少,但伴随而来的是空气隙中磁通密度下降。
        前面已经提到,如果能使局部磁滞回线线性化,就会使失真减少,以下对此进一步讨论。f以分成若干个最小单位磁畴。当外部磁场存在时,与外磁场相同方向的磁畴比例增加‘这种变化表现为磁通密度的变化,但是由于磁体的内应力和不纯物的原因,这种变化并不呈线性,局部磁滞回线,在磁畴较大和磁畴间相互作用,当一个磁畴的磁化方向变化使其他磁畴相互变化,局部磁滞回线呈矩形,失真急剧增加。
        相反,如果磁畴很小,尽旨一个磁畴的方向变化,只是磁畴的磁化方向逐渐变化,局部磁滞回线可成线性。
        采用铁镍环磁畴可有效降低失真。。所谓铁镍环是铁和镍桌的合金,通常的合金晶粒是大的,经弯曲、拉申等适当加工会使结晶粒细微化。结晶粒细微化伴随磁畴选一步藏少,失真进一步降低。特别是为了用铁镍环提高磁化特性,进行特殊烧结的热处理。由于加工会使铁镍合金的磁化特性变坏,热处理又会使磁化特性改善。这样一来,,低B的铁镍环引起空气隙磁通密度下降的缺点不再存在。
        采用这种方法制作的扬声器失真会大幅度下降。
        由于在导磁板中部附近,通过磁通的截面积减少,为此要在中心部分增那厚度,这就有了附加锥部导磁板组成的磁路。
        由于高频扬声器磁路音圈振幅小,可将磁隙宽发佩少,以堤同姬迪备度,为此可制成的磁路。
        某些号筒扬声器磁路,其导磁柱中空,作为声波的通路,这时为了防止导磁柱饱和,可以将导磁柱根部加粗。
4.瞬态特性
         扬声器的瞬态特性指的是扬声器对急剧变化的输入信号的啊应能力。它问磁路有密切均联系。种联系是通过扬声器质量因数与磁空气隙协迪密度来体现的。   

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