專利名稱：一種揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于揚(yáng)聲器領(lǐng)域，涉及揚(yáng)聲器磁路特性的模擬方法，特別是涉及一種揚(yáng)聲器磁路分析的數(shù)值模擬方法。采用該方法分析揚(yáng)聲器的磁路，可以得到揚(yáng)聲器磁路的磁場(chǎng)特性，包括磁通密度(又稱感應(yīng)強(qiáng)度，符號(hào)勸的分布情況及音圈相應(yīng)位置上的值，可以用磁感線圖、i 或磁場(chǎng)強(qiáng)度(符號(hào)功的云圖、矢量圖的方式來描繪磁場(chǎng)分布狀況?？梢詮V泛用于動(dòng)圈式揚(yáng)聲器磁路的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)揚(yáng)聲器分析設(shè)計(jì)方法主要是經(jīng)驗(yàn)法。一般為樣品設(shè)計(jì)、試做、測(cè)試、再修改設(shè)計(jì)、再測(cè)試的反復(fù)循環(huán)過程，這種方法只能在樣品制作出來以后才能發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器磁路存在的問題，而反復(fù)制樣則會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。磁路設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于尋找5與磁路結(jié)構(gòu)之間的確切關(guān)系，但實(shí)際磁路中i 的大小不僅與結(jié)構(gòu)有關(guān)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(jié)構(gòu)的改變。丹麥LoudSoft公司開發(fā)了 FINEMotor、FINECone等揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)軟件，可以對(duì)揚(yáng)聲器磁路進(jìn)行分析，但此兩款軟件所分析揚(yáng)聲器模型必須為軸對(duì)稱模型，不能設(shè)計(jì)分析非軸對(duì)稱的跑道形揚(yáng)聲器或受話器等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法。本發(fā)明要解決的主要問題是(1)經(jīng)驗(yàn)法存在的必須反復(fù)制樣且在磁路樣品制作出來以后才能發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器磁路缺陷的問題；(2)反復(fù)制樣時(shí)開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高的問題； (3)難以確定改進(jìn)后的樣品中磁場(chǎng)變化是緣于磁路結(jié)構(gòu)本身還是緣于工藝的問題；(4)其它軟件難以對(duì)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的磁路進(jìn)行數(shù)值模擬的問題。本發(fā)明的一種揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)數(shù)值模擬方法，具體步驟為
(1)使用三維(以下簡(jiǎn)稱3D)繪圖軟件繪制揚(yáng)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(duì)磁場(chǎng)分布的影響，需要在模型中建立一個(gè)包圍磁路幾何體的3D空氣模型。如果揚(yáng)聲器磁路具有軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特性，則3D磁場(chǎng)分析可簡(jiǎn)化為針對(duì)旋轉(zhuǎn)面的二維(以下簡(jiǎn)稱2D)分析，只需建立磁路的旋轉(zhuǎn)面模型，然后建立包圍磁路的平面空氣模型；
(2)建立揚(yáng)聲器磁路的有限元模型。具體步驟如下
A、劃分網(wǎng)格。將揚(yáng)聲器磁路3D幾何模型連同空氣模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件，對(duì)其劃分網(wǎng)格，得到體單元。如果是2D分析則對(duì)面劃分網(wǎng)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(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù)目設(shè)計(jì)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(yuǎn)場(chǎng)單元；
C、定義材料屬性。定義模型各部分的材料參數(shù)，包括S-//曲線、磁導(dǎo)率、矯頑磁力等材料參數(shù)；
權(quán)利要求
1.一種揚(yáng)聲器磁路分析的數(shù)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(yáng)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(duì)磁場(chǎng)分布的影響，需要在模型中建立一個(gè)包圍磁路幾何體的3D 空氣模型；如果揚(yáng)聲器磁路具有軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特性，則3D磁場(chǎng)分析簡(jiǎn)化為針對(duì)旋轉(zhuǎn)面的二維分析，只需建立磁路的旋轉(zhuǎn)面模型，然后建立包圍磁路的空氣模型；(2)建立揚(yáng)聲器磁路的有限元模型，具體步驟如下A、劃分網(wǎng)格將揚(yáng)聲器磁路3D幾何模型連同空氣模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件，對(duì)其劃分網(wǎng)格，得到體單元；如果是2D分析則對(duì)面劃分網(wǎng)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(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù)目設(shè)計(jì)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(yuǎn)場(chǎng)單元；C、定義材料屬性定義模型各部分的材料參數(shù)，包括S-//曲線、磁導(dǎo)率、矯頑磁力材料參數(shù)；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(guān)聯(lián)到A步驟中所得相應(yīng)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(shí)別的文件格式；(3)將E步驟保存的有限元模型導(dǎo)入有限元求解軟件；(4)創(chuàng)建音圈在有限元軟件中創(chuàng)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(biāo)定邊界對(duì)使用遠(yuǎn)場(chǎng)單元的空氣模型外表面進(jìn)行邊界標(biāo)定；在2D分析中，對(duì)空氣模型的邊界線上進(jìn)行邊界標(biāo)定；(6)對(duì)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(tài)分析，然后進(jìn)行求解計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路的數(shù)值模擬方法，其特征在于揚(yáng)聲器中音圈是帶動(dòng)振膜一起振動(dòng)而使揚(yáng)聲器發(fā)聲的結(jié)構(gòu)件，音圈受力是因?yàn)槠涮幵诖艌?chǎng)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(gè)特殊的組成部分，需要在有限元軟件中創(chuàng)建，其單元類型為S0URCE36。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路的數(shù)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(tài)分析，靜態(tài)磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)中的一種特殊情形，而電磁場(chǎng)分析的基本方程為Maxwell方程，即 2其中、▽分別為旋度計(jì)算和散度計(jì)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(chǎng)強(qiáng)度和磁通量密度(又稱磁感強(qiáng)度,B、的矢量；上述場(chǎng)方程的求解必需結(jié)合磁場(chǎng)的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行；對(duì)于非磁材料而言，磁場(chǎng)的本構(gòu)關(guān)系為調(diào)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路的數(shù)值模擬方法，其特征在于動(dòng)圈式揚(yáng)聲器磁路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路分析的數(shù)值模擬方法，其特征在于通過揚(yáng)聲器磁路的有限元模型的分析，分析揚(yáng)聲器磁路中的磁場(chǎng)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(yuǎn)處時(shí)無反射的情形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路的數(shù)值模擬方法，其在于三維繪圖軟件為Pro/E， 用它繪制揚(yáng)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(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金件設(shè)計(jì)、虛擬裝配及工程出圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路數(shù)值模擬方法，其特征在于網(wǎng)格劃分軟件為 Hypermesh，用它可以對(duì)揚(yáng)聲器磁路部分的3D或2D幾何模型劃分網(wǎng)格，并對(duì)單元體指定單元類型和材料屬性，從而建立揚(yáng)聲器磁路的有限元模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器磁路數(shù)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(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、耦合場(chǎng)問題。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法。該方法首先用三維繪圖軟件繪制揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)的三維(或二維)幾何模型，然后將幾何模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到體單元(或面單元)，定義單元類型、材料屬性并關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的體單元(或面單元)，得到磁路系統(tǒng)的有限元模型，把有限元模型保存為有單元軟件可識(shí)別的文件類型。然后把有限元模型導(dǎo)入有限元軟件中，添加音圈標(biāo)，標(biāo)定吸收邊界，最后定義靜態(tài)分析進(jìn)行求解并經(jīng)后處理得到揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布情況、音圈Bl值及某些點(diǎn)上的B值等結(jié)果，并將其以圖像形式顯示出來。
文檔編號(hào)G06T19/00GK102368281SQ201110359250
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者孫勤明, 徐楚林, 溫周斌, 胡耀軍, 陸曉 申請(qǐng)人:浙江中科電聲研發(fā)中心