本發(fā)明涉及噪聲發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

目前的能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，如果不能有節(jié)制的開采利用，在未來不但不能緩解，甚至?xí)訃?yán)重。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)家和科學(xué)家的普遍估計，到2050年左右，目前人類所依賴的主要傳統(tǒng)化石燃料石油將開采殆盡，其價格會升至很高，不適于大眾化普及應(yīng)用的時候，如果新的能源體系尚未建立，能源危機(jī)將席卷全球。為了避免上述窘境，各國相繼開展了新能源研究。

噪聲作為一種污染，廣泛存在與人們的日常生活中，噪聲作為一種物理源又蘊藏著巨大的能量，如果將噪聲轉(zhuǎn)化利用，將有助于節(jié)能減排環(huán)境的建設(shè)。根據(jù)物理上的共振現(xiàn)象制做的亥姆霍茲共鳴器為利用噪聲提供了可能。亥姆霍茲共鳴器的原始形狀是一個有細(xì)頸或小開日的諧振腔。將其置示噪聲源時，受聲波的作用細(xì)頸內(nèi)的空氣隨之振動，可利用該振動進(jìn)行發(fā)電。

中國專利申請?zhí)枺?01010116350.9，申請日：2010年3月3，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：噪聲發(fā)電裝置，該申請案是姆霍茲共鳴器的原理，將其置示噪聲源時，受聲波的作用細(xì)頸內(nèi)的空氣隨之振動，而諧振腔內(nèi)的空氣對之產(chǎn)生恢復(fù)力。在聲波波長遠(yuǎn)大于諧振腔兒何尺度的情形卜，諧振腔內(nèi)空氣振動的動能集中十細(xì)頸內(nèi)空氣的運動，勢能僅與容器內(nèi)空氣的彈性形變有關(guān)。這樣，這個諧振腔就是由細(xì)頸內(nèi)空氣有效質(zhì)量和諧振腔內(nèi)空氣彈性組成的一組振動系統(tǒng)，囚而對作用聲波有共振現(xiàn)象。使聲波能量大大集聚增強(qiáng)，諧振發(fā)電機(jī)的振子經(jīng)連桿帶動，在定子磁場里往返上卜振動，切割磁力線就能發(fā)電。該裝置對噪聲能源的利用率較低，可做進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中噪聲能源不能充分利用的不足，提供了一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，本發(fā)明把噪聲壓電發(fā)電和磁感應(yīng)發(fā)電相結(jié)合，利用噪聲能源進(jìn)行再次發(fā)電，能源利用率高，節(jié)能環(huán)保。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，包括：

壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)，主要由子彈形的輕質(zhì)外殼和其內(nèi)部的共鳴器組成，共鳴器的共鳴腔上連接有壓電陶瓷薄膜；

金屬導(dǎo)線桿，其中部與旋轉(zhuǎn)軸連接，兩端連接有逆向的輕質(zhì)外殼；

金屬導(dǎo)線桿所對應(yīng)區(qū)域布設(shè)有豎直方向的磁感線。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述輕質(zhì)外殼的尾部與共鳴器的共鳴腔對應(yīng)。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述共鳴器的腔體為圓形或矩形。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)軸周向均勻排布有至少兩個金屬導(dǎo)線桿。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，同一金屬導(dǎo)線桿上的兩個共鳴器共振頻率相同，不同金屬導(dǎo)線桿上共鳴器共振頻率不同。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的輕質(zhì)外殼的外側(cè)設(shè)置有電磁鐵，內(nèi)部設(shè)置有距離傳感器和儲能模塊，儲能模塊在設(shè)定位置向電磁鐵供電；在磁場外部與電磁鐵等高處設(shè)置有第二永磁體。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述輕質(zhì)外殼內(nèi)部還設(shè)有磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，其與壓電發(fā)電電路共同為儲能模塊供電。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)包括第一永磁體和彈簧線圈，所述彈簧線圈一端與壓電陶瓷薄膜連接，另一端設(shè)置在第一永磁體所形成磁場中，用于使彈簧線圈切割磁感線發(fā)電。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述共鳴腔一面采用壓電陶瓷薄膜材料，另外三面為剛性背板。

本發(fā)明的一種噪聲發(fā)電方法，采用上述發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，其壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行噪聲發(fā)電，作為一級發(fā)電；與此同時，共鳴腔的振動能夠帶動金屬導(dǎo)線桿旋轉(zhuǎn)切割磁感線，進(jìn)行二級發(fā)電，從而噪聲發(fā)電與磁感應(yīng)發(fā)電相結(jié)合，共同發(fā)電，提高了噪聲能源的利用率；

(2)本發(fā)明的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，旋轉(zhuǎn)軸周向均勻排布有至少兩個金屬導(dǎo)線桿，從而增加發(fā)電率，此外，不同金屬導(dǎo)線桿上共鳴器的共振頻率不同，從而可吸收一個波段內(nèi)的噪聲，并實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化；

(3)本發(fā)明的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，在輕質(zhì)外殼外側(cè)設(shè)置有電磁鐵，該電磁鐵與永磁體配合，從而使在壓電發(fā)電的同時，能夠過彈簧線圈切割磁感線進(jìn)行發(fā)電，進(jìn)一步提高了發(fā)電效率；

(4)本發(fā)明的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，利用磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)和壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生電能為電磁鐵供電，從而使其與第二永磁體在一定位置產(chǎn)生排斥力或吸引力，為金屬導(dǎo)線桿的旋轉(zhuǎn)提供動力，大大提高了其發(fā)電效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的噪聲發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中電磁鐵與第二永磁體的配合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的輕質(zhì)外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的噪聲發(fā)電裝置的構(gòu)造原理示意圖。

示意圖中的標(biāo)號說明：1、共鳴器；11、共鳴腔；2、剛性背板；3、壓電陶瓷薄膜；4、磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)；41、第一永磁體；42、彈簧線圈；5、距離傳感器；61、電磁鐵；62、第二永磁體；7、輕質(zhì)外殼；8、金屬導(dǎo)線桿。

具體實施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實施例1

亥姆霍茲共鳴器就是一個帶有短頸口的密閉空腔，密閉空腔的外觀形狀有很多種形式，可以是正方體、圓柱體，亦可以球體、立方體等。由不同幾何形狀的空腔構(gòu)成的亥姆霍茲共鳴器并沒有多大區(qū)別，只與空腔內(nèi)的體積和腔頸內(nèi)部的體積，內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)。由空腔內(nèi)空氣的體積，頸口的長度和內(nèi)徑，和內(nèi)壁摩擦阻力可確定對外界聲音的共振頻率，當(dāng)外界聲音的頻率與亥姆霍茲共鳴器所確定的共振頻率一致時，頸口內(nèi)的空氣發(fā)生振動。

結(jié)合圖1和圖2，本實施例的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，包括：壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)，該壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)主要由子彈形的輕質(zhì)外殼7和其內(nèi)部的共鳴器1組成，共鳴器1的共鳴腔11上連接有壓電陶瓷薄膜3，當(dāng)空氣振動時，壓電陶瓷薄膜3振動，進(jìn)而產(chǎn)生電流，可存儲在儲能模塊中。

本實施例中的輕質(zhì)外殼7用于安裝各部件，輕質(zhì)外殼7的尾部與共鳴器1的共鳴腔11對應(yīng)。金屬導(dǎo)線桿8中部與旋轉(zhuǎn)軸連接，兩端連接有逆向的輕質(zhì)外殼。當(dāng)外加聲音與共鳴器產(chǎn)生共振時，頸口共鳴腔11的空氣柱振動，對外有排氣和吸氣的效果，且排氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸氣量，由于力的相互作用，共鳴器會受到向前運動的推力，從而促使其旋轉(zhuǎn)。

參看圖3，由于輕質(zhì)外殼7的尾部與共鳴器1的共鳴腔11對應(yīng)，其尾部朝向相同，排氣時，輕質(zhì)外殼7被向前推動。輕質(zhì)外殼7的頭部為錐形，能夠減小風(fēng)流阻力，有助于其轉(zhuǎn)動運動。此外，金屬導(dǎo)線桿8兩端的輕質(zhì)外殼逆向設(shè)置，由于輕質(zhì)外殼7是中心對稱設(shè)置在金屬導(dǎo)線桿8的兩端，逆向設(shè)置的輕質(zhì)外殼可加快金屬導(dǎo)線桿的旋轉(zhuǎn)，有助于發(fā)電效率的提高。

在金屬導(dǎo)線桿8所對應(yīng)區(qū)域布設(shè)有豎直方向的磁感，當(dāng)金屬導(dǎo)線桿8轉(zhuǎn)動時會切割磁感線，從而產(chǎn)生電流，具有二級發(fā)電的作用。

值得說明的是，所布設(shè)磁感線區(qū)域應(yīng)該小于與金屬導(dǎo)線桿8等徑的圓形區(qū)域，輕質(zhì)外殼7內(nèi)有各種導(dǎo)線和控制系統(tǒng)，如果在磁場中運動，很容易影響其正常工作，而且容易使部件損壞。

實施例2

結(jié)合圖4，本實施例的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例1相同，其不同之處在于：輕質(zhì)外殼7的外側(cè)設(shè)置有電磁鐵61，輕質(zhì)外殼7內(nèi)部設(shè)置有距離傳感器5和儲能模塊，儲能模塊用于存儲壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生電能，并可向電磁鐵61供電，使其產(chǎn)生磁力。

在磁場外部與電磁鐵61等高處設(shè)置有第二永磁體62，當(dāng)電磁鐵61帶電時，所產(chǎn)生磁力會與第二永磁體62相吸或者是相斥。

由于輕質(zhì)外殼7中還設(shè)置有距離傳感器5，可以根據(jù)其檢測范圍、旋轉(zhuǎn)方向和金屬導(dǎo)線桿的運轉(zhuǎn)范圍，對處理器進(jìn)行設(shè)定，使其在規(guī)定位置與第二永磁體62產(chǎn)生引力或斥力，從而推動金屬導(dǎo)線桿8旋轉(zhuǎn)。

雖然通過共鳴器1內(nèi)空氣的振動也能夠提供一定的旋轉(zhuǎn)力，但力度較為微弱，而且切割磁感線時會存在一定的阻力，在常規(guī)情況下，這種設(shè)置進(jìn)行磁感發(fā)電的效果并不理想，難以產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。針對該問題，本實施例把壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的電能供給電磁鐵，使其與永磁體相互作用來推動金屬導(dǎo)線桿運動，金屬導(dǎo)線桿切割磁感線所產(chǎn)生電流較多，效果明顯。

本實施例將噪聲能源直接產(chǎn)生的電流消耗掉用于金屬導(dǎo)線桿的旋轉(zhuǎn)，通過其旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生更為穩(wěn)定的電流，發(fā)電效率提高，具有顯著的進(jìn)步。

實施例3

本實施例的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例2相同，其不同之處在于：本實施例的輕質(zhì)外殼7內(nèi)部還設(shè)有磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)4，其與壓電發(fā)電電路共同為儲能模塊供電。

參看圖1，該磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)4包括第一永磁體41和彈簧線圈42，彈簧線圈42一端與壓電陶瓷薄膜3連接，另一端設(shè)置在第一永磁體41所形成磁場中，用于使彈簧線圈42切割磁感線發(fā)電。

所設(shè)置第一永磁體41中部形成磁場，在壓電陶瓷薄膜3振動時，會帶動彈簧線圈42高速振動切割磁感線，進(jìn)而產(chǎn)生電流，其電流存儲在儲能模塊中，共同為距離傳感器5和電磁鐵61供電。

本實施例利用磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)和壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生電能為電磁鐵供電，從而使其與第二永磁體在一定位置產(chǎn)生排斥力或吸引力，為金屬導(dǎo)線桿的旋轉(zhuǎn)提供動力，大大提高了其發(fā)電效率。

實施例4

本實施例的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例3相同，其不同之處在于：本實施例中旋轉(zhuǎn)軸周向均勻排布有至少兩個金屬導(dǎo)線桿8，具體地，可設(shè)置5個、6個、7個等，本實施例優(yōu)選6個，相鄰金屬導(dǎo)線桿夾角間距為60°。多個發(fā)電模塊同時發(fā)電，大大提高了發(fā)電效率。

在利用共鳴器1振動發(fā)電時，只有當(dāng)共鳴器1與噪聲頻率相同時才能夠產(chǎn)生共振。進(jìn)而，可以使同一金屬導(dǎo)線桿8上的兩個共鳴器1共振頻率相同，保證其旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，而不同金屬導(dǎo)線桿8上共鳴器1共振頻率不同，可包含一個范圍內(nèi)噪聲波段。

單個的亥姆霍茲共鳴器發(fā)生共振的頻率有限，即接收的聲音頻率比較單一，設(shè)置的6個金屬導(dǎo)線桿上的共鳴器均對應(yīng)一個噪聲平率波段，則本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對一段頻率內(nèi)噪聲能量的轉(zhuǎn)化，而不是某一特定頻率噪聲能量的利用。

實施例5

本實施例的一種基于亥姆霍茲木馬旋轉(zhuǎn)的噪聲發(fā)電裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例4相同，其不同之處在于：對于同一頻率的噪聲，共鳴腔11的振動幅度有限，為了提高共鳴腔11一面采用壓電陶瓷薄膜材料，另外三面為剛性背板2，則可有效提高壓電陶瓷薄膜3的振動幅度，磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)4所產(chǎn)生電流增加。

本發(fā)明還提供了一種噪聲發(fā)電方法，具體發(fā)電方式，可采用上述方案中的噪聲發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電。

結(jié)合圖5，本發(fā)明壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)能夠利用壓電陶瓷進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換，同時利用壓電陶瓷薄膜的振動帶動彈簧線圈切割磁感線，所產(chǎn)生電能用于推動金屬導(dǎo)線桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行二級發(fā)電，從而噪聲發(fā)電與磁感應(yīng)發(fā)電相結(jié)合，共同發(fā)電，提高了噪聲能源的利用率。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。