电磁喇叭周期振动的仿真分析与能量转换机理.doc

电磁喇叭周期振动的仿真分析与能量转换机理 郭继峰 1,2 任万滨 1 翟国富 1 （1. 哈尔滨工业大学军用电器研究所 哈尔滨 150001 2. 东北林业大学信息与计算机工程学院 哈尔滨 150040） 摘要 电磁喇叭是一类典型的电声换能器件，基于虚拟样机原理完成了电磁喇叭周期振动特 性的仿真分析与试验测试，得到了其单周期内触点电压与线圈电流的特征曲线，并结合动铁心位 移曲线分析了电磁吸力特性。通过单周期内电源输入能量、磁场能量、吸力功、电阻消耗热能、 电弧消耗能量的分析，确定了电磁喇叭的能量转换机理，所得的结论可直接用于以电磁喇叭为代 表的电声器件的优化设计。 关键词：电磁喇叭 周期振动 能量转换 虚拟样机 吸力功 中图分类号：TM581.3 Cycle Vibration Characteristics and Energy Transfer Mechanism of Electromagnetic Horn Guo Jifeng1,2 Ren Wanbin1 Zhai Guofu1 （1. Harbin Institute of Technology Harbin 150001 China 2. Northeast Forestry University Harbin 150040 China） Abstract Electromagnetic horn is a kind of electroacoustic device. Based on the principle of virtual prototyping, the simulation and experiment research on cycle vibration characteristics of electromagnetic horn are performed, and the characteristic curves of contacts voltage and current in single cycle are obtained. The characteristic of electromagnetic force which having close relation with dynamic iron core displacement and coil current is analysis. The energy transfer mechanism of electromagnetic horn is investigated completely by electric energy, magnetic energy, attraction work, heat energy consumed by the electrical resistance of coil and the energy consumed by arc. The conclusions are valuable in optimizing the electroacoustic device such as electromagnetic horn. Keywords：Electromagnetic horn, cycle vibration, energy transfer, virtual prototype, attraction work 键电器组件。低成本、长寿命、高可靠性和环境适 应性已成为喇叭的未来发展方向。 电声换能器件的理论建模与仿真分析涉及电磁 学、结构动力学、流体力学、声学等学科的交叉。 我国电磁振动喇叭的制造技术已趋成熟，然而产品 质量与可靠性等级则与国外存在较大差距。以往研 究工作更多的是单独对喇叭膜片的结构动力学特性 进行分析，其中文献[1]将喇叭膜片等效为周边固定 的薄实心圆板，并应用附加质量法确定了其系统各 阶固有频率。文献[2]针对膜片碎裂的失效问题，通 过有限元法模拟分析了膜片应力及机械寿命的影响 因素。已有学者针对扬声器的静磁场分布与电磁脉 1 引言 以扬声器、喇叭为典型代表的电子元件是专指 将电能转变为声音的换能器件。典型的电磁式扬声 器中，一种是用变频电流输入线圈，使纸盆或膜片 发生振荡，应用于无线电、音响和手机中；另一种 即是蜗牛壳式电磁振动喇叭，由于具有结构简单、 价格低廉、维护修理简便等优点，广泛应用于具备 直流电源的水陆交通工具中。作为警告信号用的喇 叭现已成为各类交通工具安全系统中不可或缺的关 收稿日期 2010-08-04 改稿日期 2010-12-14  动吸力特性进行了分析[3-4]，并形成了动作过程的机 械-电磁耦合特性的计算方法。与此同时