[发明专利]一种扬声器磁路系统的数值模拟方法

权利要求书

1.一种扬声器磁路分析的数值模拟方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：

（1）使用三维绘图软件绘制扬声器磁路的3D几何图形；为了更加精确地模拟磁路周围空间的漏磁情况和空气对磁场分布的影响，需要在模型中建立一个包围磁路几何体的3D空气模型；如果扬声器磁路具有轴对称的结构特性，则3D磁场分析简化为针对旋转面的二维分析，只需建立磁路的旋转面模型，然后建立包围磁路的空气模型；

（2）建立扬声器磁路的有限元模型，具体步骤如下：

A、划分网格：将扬声器磁路3D几何模型连同空气模型导入网格划分软件，对其划分网格，得到体单元；如果是2D分析则对面划分网格得到面单元；

B、定义单元类型：有限元分析中，按照各种分析的需要的自由度数目和节点数目设计了多种单元类型；定义单元类型即为A步骤中所得体单元或面单元定义相匹配的单元类型；空气最外层单元定义为远场单元；

C、定义材料属性：定义模型各部分的材料参数，包括B-H曲线、磁导率、矫顽磁力材料参数；

D、指定单元类型和材料属性：将B、C步骤中定义的单元类型和材料属性关联到A步骤中所得相应单元；

E、保存有限元模型：将以上步骤中得到的有限元模型保存为有限元软件可识别的文件格式；

（3）将E步骤保存的有限元模型导入有限元求解软件；

（4）创建音圈：在有限元软件中创建音圈，在2D分析中，将电流密度以载荷的形式加载到音圈截面上；

（5）标定边界：对使用远场单元的空气模型外表面进行边界标定；在2D分析中，对空气模型的边界线上进行边界标定；

（6）对有限元模型求解：在有限元软件中选择求解模块，定义分析类型为静态分析，然后进行求解计算。

2.根据权利要求1所述的扬声器磁路的数值模拟方法，其特征在于扬声器中音圈是带动振膜一起振动而使扬声器发声的结构件，音圈受力是因为其处在磁场中且其中通有与磁感线垂直的电流，音圈在仿真分析中是一个特殊的组成部分，需要在有限元软件中创建，其单元类型为SOURCE36。

3.根据权利要求1所述的扬声器磁路的数值模拟方法，其特征在于有限元模型求解为：

定义分析类型为静态分析，静态磁场是电磁场中的一种特殊情形，而电磁场分析的基本方程为Maxwell方程，即：

其中、分别为旋度计算和散度计算，、、和分别为总电流密度、电通量密度（又称电位移）、电场强度和磁通量密度（又称磁感强度,B）的矢量；上述场方程的求解必需结合磁场的本构关系进行；

对于非磁材料而言，磁场的本构关系为：

其中为磁导率矩阵；

如果材料为各向异性，则可简化为一对角矩阵；

其中为真空中的绝对磁导率，、、分别为x、y、z三个方向上的相对磁导率；如果只是与磁场大小有关的函数，材料导磁特性为各向同性，则可简化为：

其中为B与H的比值；

对于铁磁材料而言，当外界提供一个原磁场时，铁磁材料内部会被磁化而产生一个与原磁场相比不可忽略的附加磁场，总磁场是外部提供的原磁场和介质内的附加磁场之和，则磁场的本构关系变为：

其中为磁化强度矢量，为磁化率；

上式还可以简写成总磁感强度与原磁场间的关系式：

其中为相对磁导率；

铁磁质中相对磁导率的值随H的变化而变化，对应于某H值的大小可由材料属性中B与H的非线性曲线(即B-H曲线)得到；

在介质的交界面上还存在以下的边界条件：

，

其中为介面的法向单位矢量，而B₁，H₁和B₂，H₂则分别为介面两端的磁通密度和磁场强度；当仅由永磁体为磁介质提供一外加磁场时，在材料属性中定义了磁介质的磁导率或B-H曲线及永磁体中的矫顽磁力和剩磁的情况下，结合以上方程根据已知H计算得到B值，或根据已知的B求得H值，进而得到B或H的分布情况；将通有电流的长为的导线放入已知磁场中，当B与相互垂直时，安培力F的大小为、和三者的乘积，即；

（7）结果后处理：对模型进行有限元分析后，需要检查求解结果，这种检查称为后处理；经过对有限元求解结果进行处理，将B和H分布及音圈的Bl值等显示出来；

其中B和H的分布情况可以云图或矢量图的形式显示出来。