扬声器的磁铁(MAGNET)

摘要

分享扬声器单元的磁铁相关知识，包含磁场，电动扬声器工作原理，磁回的组成，磁铁公差，钕铁硼特征，磁铁重量计算方法。

1.要了解磁铁，先必须掌握磁场的有关知识。磁体周围存在磁场，磁体之间的相互作用力是通过磁场发生的，磁场和电场一样是一种物质。磁场有方向，磁力线在磁场中任意一点，小磁针北极的受力方向亦即小磁针静止时，北极N所指的方向就是那一点的磁场方向。直线电流的磁力线方向与电流之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定（见下图）。

通电螺线管外部的磁力线和条形磁铁外部的磁力线相似，也是从北极N出来进入南极S的，其内部亦有磁场，内部磁力线与螺管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部磁力线连接形成一些闭合曲线。通电螺线管磁力线方向与电流之间的关系亦可用安培定则来判定（见下图），在磁场中，垂直于磁场的通电导受到的磁场的作用力，跟电流的强度I和导线的长度L的乘积IL的比值，叫通电导线所在处的磁感应强度。

用B表示磁感应强度，则B=F/IL B单位是特斯拉，国际单位是T 1特=1牛/安米，磁力线的疏密反映了磁感应强度的大小。

穿过某一面积的磁力线条数就叫做穿过这个面积积的磁通量，磁通量常称为磁通，它的符号是φ。穿过垂直于磁感应强度方向单位面积的磁力线条数等于磁感应强度B。故在匀强磁场中，垂直于磁感应强度面积S的磁通量φ=BS，如果平面不与磁场垂直，就应作出它在垂直于磁场方向上的投影平面。在国际单位制中，磁通量的单位是韦帕，简称韦，国际单位是Wb，1韦=1特 1米，从φ=BS可知B=φ/S，这表明磁感应强试等于单位面积的磁通量。故常把磁感应强度叫做磁通密度，并且用韦/米2作单位。1特=1韦/米2=1牛/安米，磁场对电流的作用力F=BILsin(θ：BL)，通常把通电导线在磁场中所受的作用力叫安培力，安培力的方向可用左手定则来判定。

2.电动扬声器工作原理：当垂直于磁场的导体有电流的话，导体就会在垂直于磁场及电流的方向上受到力作用，这个力的方向可用佛来明左手定则判定（见上图）。有了这些知识，对电动型扬声器的工作原理就能容易描述，在扬声器的磁气回路的间隙有一个各处同性的环状磁场，线圈的卷幅就位于这个间隙内，当外界的信号电流发生改变时，根据佛来明左手定则，线圈就会随着电流的大小和方向受力运动，推动与音圈连在一起的鼓纸向外辐射声音（见下图）。

3.磁气回路

当音圈导电而振动时，对线圈以直角供给直流磁通（供给磁场）的部分，就叫磁气回路（磁回），分类如下：

① 永磁体

永久磁石大致分为Alnico（铝镍钴）系永久磁石、Ferrite（铁氧体）系永久磁石及希土类钴系永久磁石三种。

Ⅰ）Alnico（铝镍钴）系永久磁石

Alnico系永久磁石的构成是以铁（Fe）、铝（AL）、镍（Ni）、钴（Co）为主要成份另加少量的铜（Cu）和钛（Ti）等。故其名称也是取其主要成分的符号而成。其制造是以铸造为主，也有少许锻造的Alnico磁石，但不作制造SPK之用。

Ⅱ）Ferrite（铁氧体）系永久磁石

早先SPK用的磁石，几乎全部是Alnico，而Ferrite系磁石大都数用在SPK以外，如Core之用，约在二十年前开始用于SPK之后，随电视机喇叭因顾虑漏磁的影响之外，其它大型SPK几乎全部使用Ferrite系磁石了。特别是前几年，全世界钴拉地萨伊（比属刚果）发生战争之后，钴的价格猛跳数倍，而且来源不易，故小口径的SPK亦大都换用Ferrite磁石。

Ferrite系磁石是以氧化钡与氧化二铁的混合粉末经Press成型，在高热炉内烧结而成，材料比Alnico便宜很多而且来源稳定，保磁力（HC）大，对外部磁场的安全性亦佳。磁气回路的形态概为外磁式，但最近亦有内磁式的研究设计了。

Ⅲ）希土类钴系永久磁石

它是把稀土类金属和钴的化合物所制成的稀土类钴的永久磁石。这种磁石的最大特点是性能上所显示的物理量，所谓最大能量积（Maximun Energy Prodoct代号是“BHmax”）约为Alnico磁石的2~3倍，故小的体积可以获得大的能量，随着超薄型喇叭的问世，尤其前两年Walk Man型收录机的流行，稀土类钴永久磁石更见大行其道了，最近又有塑料稀土类钴（Medmax）的出现，成型容易价格亦低，它的成份是铉（SM）、钴（CO）及塑料粘结而成，比稀土类钴永久磁石便宜一半。

② 磁气回路的组成

铁心、铁片和磁铁结合构成了磁气回路（磁路），但小型SPK使用圆形轭时就不需铁片了，铁心和铁片的作用是在形成磁极的同时，把发生于永久磁石的磁通量（磁束）导向磁隙（GAP）之内，用电气回路作比喻，这就是导入电流的导线，故最重要的是将发自永久磁石的磁通量非常有效的导入磁隙内，而且通过铁心与铁片的磁通量决定于其材质和断面（厚度），如果材质不佳和断面厚度不够时，则导入磁隙内的磁通量少，泄漏的磁通量就多。

③ 扬声器磁气回路

SPK有内磁式Alnico Type和外磁式Ferrite Type两种，SPK的磁气回路包括永磁体（即磁铁，磁石或磁钢）铁片，铁心和工作气隙，而在气隙中利用永磁体所提供的磁能。永磁体的作用是在气隙中主生永恒磁场。磁气回路设计的根本目的就在于设计一种磁路结构，以体积最小，价格最廉的磁铁，在气隙中产生既定的磁感应强度，而单位体积的永磁体向外空间所发出的能量与它的磁能积（BHX）是成正比的。如图（a）的永磁体，其磁滞回路的第二象限部分称为该磁体的去磁曲线，曲线上的各点则相应于不同的去磁情况，亦即不同的气隙长度lg，如图（b）所示，如果磁路是闭合的，则相当于该磁体处于B的情况，此时磁感应强度是最大的，且等于Br，但此时没有可供利用磁能的气隙，因此全部能量集中于磁体内部，磁体向外界不输出任何能量，能量曲线中w=0，w=0之第二个极限情况相当于A点，此时H=HC，B=0；在该点磁体也不向外界空间输出能量，因为B=0，如果磁体处于D点的情况，则磁体能量的一部分即发射给外界空间，且其值正比于磁能积BH×Hd。

4.为了更好地利用永磁体，必须适当选择退磁曲线上的工作点，使得该点的工作条件相当于磁体的能量输出，或者说使得该点所对应的磁能积达到最大值（Bm×Hm）max，则此点即为最佳工作点。图（b）中D点，其所对应的磁能积（BH×Hd）达到最大，其输出能量也最大，因此描述磁体性能指针，除剩余磁感应强度Br，矫顽力Hc以外，还有最大磁能积（Bm×Hm）max的值。

适合设计永磁铁的尺寸3种材料。