扬声器磁路的拓扑优化

在1970年代和80年代，音乐迷将把房屋的整个房间献给立体声系统。大而方便的扬声器是这些立体声设置的必要固定装置。如今，已经出现了一种新趋势：消费者希望扬声器既强大又便携，并且能够连接到房屋周围和旅途中的设备。为了设计精致而轻巧的扬声器，您可以优化其组件的拓扑，例如扬声器驱动器的磁路。

扬声器设计中的便携性功能

当前的扬声器具有高级连接性和改进的频率范围。这使他们能够与虚拟助手互动；无线流式传输音乐；并连接到其他零件，例如低音炮。这些进步创造了新的设计需求。例如，一些扬声器是防水的，因此可以在淋浴时或游泳池中使用它们。也许更严重的是扬声器设计应耐用因此，消费者可以开始使用该产品。

左：大约1980年代，一个带有格栅的扬声器被拆除。由PT35制作的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。正确：现代便携式扬声器的示例蓝牙®无线技术。图片由takka@p.p.r.s。- 自己的工作。获得许可CC BY-SA 2.0， 通过Flickr Creative Commons。

随着消费者偏好的变化，可移植性是一种几乎已成为要求的设计因素。工程师需要设计较小的扬声器，以保持声音质量和性能标准。为了最大程度地提高扬声器性能，同时最大程度地减少整体重量，您可以使用该扬声器驱动程序组件进行拓扑优化comsolMultiphysics®软件和附加优化模块。

使用ComsolMultiphysics®优化磁路设计

在扬声器驱动器中，磁路将磁通量集中在气隙中。将线圈放在气隙中，该气隙垂直于磁通线，并机械连接到扬声器的膜。当电流穿过线圈时，电磁力会诱导运动。膜拾取了这一运动，并与空气相互作用，产生声波。

磁回路由铁轭构成，铁轭具有两个重要的功能：

1. 最大化浓缩在线圈上的通量
2. 在线圈上提供统一的字段

在此示例中，电路的几何形状类似于扬声器驱动程序模型。将铁的本构关系作为非线性相对磁渗透性很方便\ mu_r（b）源自其原始B-H曲线。这为拓扑优化铺平了道路，其中渗透性将很容易与控制变量字段相结合以驱动优化过程。

为了确定用于磁路的铁轭的最佳形状，您可以使用拓扑优化。

磁路性能的典型功绩是参数bl，或力因子，这是气隙和线圈长度中磁通量的乘积。越大bl参数，磁路的性能越高。对于多目标研究，您可以扫描该组件的最佳形状，该组件的函数bl加上减轻轭的重量。

找到拓扑优化解决方案后，您可以提取优化的几何形状并重建它以进行进一步分析。

评估磁路的性能和设计

原始几何形状包括一个体积37厘米的铁域³;具体而言，铁轭的下臂。在前两项研究中，分析了初始（次优）电路配置的磁场，并通过将磁场与标准的B-H公式进行比较来验证非线性相对渗透率方法。

左：原始几何（红色：铁，蓝色：空气）。右：初始配置的磁通量密度和线条。

磁路的拓扑优化

通过添加一个优化界面，您可以在保留高磁性性能的同时进一步减少铁轭的体积。

第三项研究始于两步拓扑优化，始终寻求最高的可能bl从“全”圆柱形环开始，铁体积约为52厘米³。以前的条件被作为对线圈领域;后者是不可或缺的不等式约束，在这种情况下，轭的体积保持尽可能接近目标体积。

减少到37厘米³在研究3中是针对的，结果与原始几何形状非常相似，证实了原始几何形状确实已经几乎是最佳的。研究4通过更轻的几何形状寻求最佳性能，表示为全部体积的50％。即26厘米³。

左：优化的几何形状，铁轭的下臂的体积为26厘米³。右：磁通密度标准和优化配置的线条。

两项研究的结果是可比的。尽管具有优化拓扑的几何形状更轻，但性能没有缺点。

磁通量密度标准的3D革命图，显示了最终优化的几何形状。

这些研究表明，拓扑优化可用于找到扬声器组件的最佳形状和约束参数。

在准备最佳配置的进一步分析时，可以将优化分析的最终形状导出为独立的几何形状。

左：定义优化的铁/空气阈值的轮廓图。右：以几何对象导入的优化形状。

下一步

单击下面的按钮，尝试自己尝试对磁路教程的拓扑优化。

阅读有关拓扑优化的更多信息：

• 如何在模拟研究中使用声学拓扑优化
• 声学拓扑优化，并具有热雾损失
• 如何将拓扑优化结果用作模型几何形状

这蓝牙Word Mark是由蓝牙Sig，Inc。拥有的注册商标，Comsol对此类商标的任何使用均受到许可。