專利名稱：一種揚聲器磁路系統的數值模擬方法
技術領域：
本發明屬于揚聲器領域，涉及揚聲器磁路特性的模擬方法，特別是涉及一種揚聲器磁路分析的數值模擬方法。采用該方法分析揚聲器的磁路，可以得到揚聲器磁路的磁場特性，包括磁通密度(又稱感應強度，符號勸的分布情況及音圈相應位置上的值，可以用磁感線圖、i 或磁場強度(符號功的云圖、矢量圖的方式來描繪磁場分布狀況。可以廣泛用于動圈式揚聲器磁路的設計。
背景技術：
傳統揚聲器分析設計方法主要是經驗法。一般為樣品設計、試做、測試、再修改設計、再測試的反復循環過程，這種方法只能在樣品制作出來以后才能發現揚聲器磁路存在的問題，而反復制樣則會耗費大量的人力、物力和時間。磁路設計的目標在于尋找5與磁路結構之間的確切關系，但實際磁路中i 的大小不僅與結構有關而且受所用膠水、充磁方法等工藝問題的影響，難以確定5值的變化僅緣于結構的改變。丹麥LoudSoft公司開發了 FINEMotor、FINECone等揚聲器設計軟件，可以對揚聲器磁路進行分析，但此兩款軟件所分析揚聲器模型必須為軸對稱模型，不能設計分析非軸對稱的跑道形揚聲器或受話器等。
發明內容
本發明的目的是提出一種用于揚聲器磁路系統的數值模擬方法。本發明要解決的主要問題是(1)經驗法存在的必須反復制樣且在磁路樣品制作出來以后才能發現揚聲器磁路缺陷的問題；(2)反復制樣時開發周期長、成本高的問題； (3)難以確定改進后的樣品中磁場變化是緣于磁路結構本身還是緣于工藝的問題；(4)其它軟件難以對非對稱結構的磁路進行數值模擬的問題。本發明的一種揚聲器磁路系統數值模擬方法，具體步驟為
(1)使用三維(以下簡稱3D)繪圖軟件繪制揚聲器磁路的3D幾何圖形。為了更加精確地模擬磁路周圍空間的漏磁情況和空氣對磁場分布的影響，需要在模型中建立一個包圍磁路幾何體的3D空氣模型。如果揚聲器磁路具有軸對稱的結構特性，則3D磁場分析可簡化為針對旋轉面的二維(以下簡稱2D)分析，只需建立磁路的旋轉面模型，然后建立包圍磁路的平面空氣模型；
(2)建立揚聲器磁路的有限元模型。具體步驟如下
A、劃分網格。將揚聲器磁路3D幾何模型連同空氣模型導入網格劃分軟件，對其劃分網格，得到體單元。如果是2D分析則對面劃分網格得到面單元；
B、定義單元類型。有限元分析中，按照分析所需要的自由度數目和節點數目設計了多種單元類型。定義單元類型即為A步驟中所得體單元或面單元列出相匹配的單元類型。空氣最外層單元定義為遠場單元；
C、定義材料屬性。定義模型各部分的材料參數，包括S-//曲線、磁導率、矯頑磁力等材料參數；
權利要求
1.一種揚聲器磁路分析的數值模擬方法，其特征在于該方法至少包括以下步驟(1)使用三維繪圖軟件繪制揚聲器磁路的3D幾何圖形；為了更加精確地模擬磁路周圍空間的漏磁情況和空氣對磁場分布的影響，需要在模型中建立一個包圍磁路幾何體的3D 空氣模型；如果揚聲器磁路具有軸對稱的結構特性，則3D磁場分析簡化為針對旋轉面的二維分析，只需建立磁路的旋轉面模型，然后建立包圍磁路的空氣模型；(2)建立揚聲器磁路的有限元模型，具體步驟如下A、劃分網格將揚聲器磁路3D幾何模型連同空氣模型導入網格劃分軟件，對其劃分網格，得到體單元；如果是2D分析則對面劃分網格得到面單元；B、定義單元類型有限元分析中，按照各種分析的需要的自由度數目和節點數目設計了多種單元類型；定義單元類型即為A步驟中所得體單元或面單元定義相匹配的單元類型；空氣最外層單元定義為遠場單元；C、定義材料屬性定義模型各部分的材料參數，包括S-//曲線、磁導率、矯頑磁力材料參數；D、指定單元類型和材料屬性將B、C步驟中定義的單元類型和材料屬性關聯到A步驟中所得相應單元；E、保存有限元模型將以上步驟中得到的有限元模型保存為有限元軟件可識別的文件格式；(3)將E步驟保存的有限元模型導入有限元求解軟件；(4)創建音圈在有限元軟件中創建音圈，在2D分析中，將電流密度以載荷的形式加載到音圈截面上；(5)標定邊界對使用遠場單元的空氣模型外表面進行邊界標定；在2D分析中，對空氣模型的邊界線上進行邊界標定；(6)對有限元模型求解在有限元軟件中選擇求解模塊，定義分析類型為靜態分析，然后進行求解計算。
2.根據權利要求1所述的揚聲器磁路的數值模擬方法，其特征在于揚聲器中音圈是帶動振膜一起振動而使揚聲器發聲的結構件，音圈受力是因為其處在磁場中且其中通有與磁感線垂直的電流，音圈在仿真分析中是一個特殊的組成部分，需要在有限元軟件中創建，其單元類型為S0URCE36。
3.根據權利要求1所述的揚聲器磁路的數值模擬方法，其特征在于有限元模型求解為定義分析類型為靜態分析，靜態磁場是電磁場中的一種特殊情形，而電磁場分析的基本方程為Maxwell方程，即 2其中、▽分別為旋度計算和散度計算，w、m、m和Pi分別為總電流密度、 電通量密度(又稱電位移)、電場強度和磁通量密度(又稱磁感強度,B、的矢量；上述場方程的求解必需結合磁場的本構關系進行；對于非磁材料而言，磁場的本構關系為調
4.根據權利要求1所述的揚聲器磁路的數值模擬方法，其特征在于動圈式揚聲器磁路。
5.根據權利要求1所述的揚聲器磁路分析的數值模擬方法，其特征在于通過揚聲器磁路的有限元模型的分析，分析揚聲器磁路中的磁場分布情況和音圈所受到的安培力情況， 并考慮到了空氣中漏磁延伸至無限遠處時無反射的情形。
6.根據權利要求1所述的揚聲器磁路的數值模擬方法，其在于三維繪圖軟件為Pro/E， 用它繪制揚聲器磁路的二維或三維幾何模型圖，Pro/E是一款CAD/CAM/CAE —體化的三維軟件，功能包括零件設計、模具設計、鈑金件設計、虛擬裝配及工程出圖。
7.根據權利要求1所述的揚聲器磁路數值模擬方法，其特征在于網格劃分軟件為 Hypermesh，用它可以對揚聲器磁路部分的3D或2D幾何模型劃分網格，并對單元體指定單元類型和材料屬性，從而建立揚聲器磁路的有限元模型。
8.根據權利要求1所述的揚聲器磁路數值模擬方法，其特征在于有限求解器為有限元軟件ANSYS，用來求解結構、熱、流體、電磁、耦合場問題。
全文摘要
本發明提出了一種揚聲器磁路系統的數值模擬方法。該方法首先用三維繪圖軟件繪制揚聲器磁路系統的三維(或二維)幾何模型，然后將幾何模型導入網格劃分軟件進行網格劃分得到體單元(或面單元)，定義單元類型、材料屬性并關聯到相應的體單元(或面單元)，得到磁路系統的有限元模型，把有限元模型保存為有單元軟件可識別的文件類型。然后把有限元模型導入有限元軟件中，添加音圈標，標定吸收邊界，最后定義靜態分析進行求解并經后處理得到揚聲器磁路系統的磁場分布情況、音圈Bl值及某些點上的B值等結果，并將其以圖像形式顯示出來。
文檔編號G06T19/00GK102368281SQ201110359250
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者孫勤明, 徐楚林, 溫周斌, 胡耀軍, 陸曉 申請人:浙江中科電聲研發中心