CN103501041A - 汽车车载噪声发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种汽车车载噪声发电装置，其包括车载噪声收集单元、声电转换单元和电能存储单元，其中：根据汽车不同部位的噪声及结构特点采用不同的布置方式以及收集装置。该装置主要结构包括：汽车噪声收集单元中的噪声收集器和声波导管，声电转换单元中的声压放大器和声电转换器，以及电能存储单元中的电流调理装电路、电能存储器和车载蓄电池。本发明在不影响汽车正常行驶性的前提下达到了把汽车噪声能量的转换为可供使用的电能的目的，实现了浪费能量的再利用。本发明还具有发电效率高，结构简单，安装方便，可行性大，占用体积小，可靠性好等优点。

Description

汽车车载噪声发电装置

技术领域

本发明涉及能量再生领域，特别是涉及各类汽车的车载噪声发电的装置。

背景技术

噪音污染对人们生活和健康有相当大的危害，在汽车大量普及产量逐年上升的当今社会，汽车行驶噪声污染已经成为一个不可忽视的问题。在考虑噪声作为一种环境污染的同时，必须认识到噪声也是一种具有相当能量值的潜在能源，例如噪声达到160dB（A）的喷气式飞机，其声功率约为10kW；噪声达到140dB（A）的大型鼓风机，其声功率为100W，汽车、音响等声源产生的噪声也具有很大的能量值。为了改善人们的生活环境并将这部分能量回收利用，我们采用声能发电装置，将汽车行驶过程中产生的噪声转化为电能，这样不仅可以有效地降低汽车行车噪声，而且可以变噪声污染为资源有效地加以利用。目前声电转换技术已经日趋成熟，能量的转换效率也在不断提高，而且国内外已有关于喷气式飞机和大型轮船柴油机组的噪声发电的试验和研究，并取得了一定成效。但至今未出现关于汽车车载噪声发电的装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在降低噪声污染的同时实现汽车噪声能源回收再利用的汽车车载噪声发电装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的汽车车载噪声发电装置，主要包括：由噪声收集器和声波导管组成的噪声收集单元、由声压放大器和声电转换器组成的声电转换单元，以及由电流调理电路（导线依次相连的电压放大电路、整流滤波调理电路和电能储存器）和车载蓄电池组成的电能存储单元组成。

所述的噪声收集器可以采用号筒型噪声收集器。

所述的号筒型噪声收集器，在其大、小头开口处分别设有防尘土的前挡泥网和后挡泥网，在其中段设有噪声收集器固定环槽。

所述的声压放大器是以椭形空腔为母体，空腔一端为进声口，另一端为振动膜，输出机械振动波，振动膜处与声电转换器相连。

所述的声电转器可以采用由永磁体和圆形音圈组成的动圈式声电换能器，其中永磁体产生磁场，再由经声压放大器放大的声波带动声压放大器的振动膜振动，振动膜的振动带动圆形音圈移动切割磁感线，实现声能转换成电能。

所述的整流滤波调理电路可以是由电压放大电路和全桥式整流电路构成，将汽车噪声声电转单元产生的不稳定的、小信号交流电，整流成可供存储充电的直流电。

所述的电能储存器采用型号可以为PC10-2702.5V MAXWELL超级电容。

所述的声压放大器材料可使用与汽车空气滤清器中谐振器材料相同材料——PP类的塑料材料，声波导管材料可使用与市场上声波导管耳机中导管材料相同材料——复合塑料软管。

本发明提供的上述汽车车载噪声发电装置，其用途是：所产生的电能供给汽车车载蓄电池用电，所供电量可支持小轿车或者公交车的喇叭用电和车内灯的照明。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.可行性、实用性强，可以在不影响汽车正常行驶的前提下能实现噪声能源的再生利用。

扬声器与麦克风的声电转换通常采用动圈式换能器，用以实现声信号与电信号之间的转换，具有结构简单、稳定可靠安装方便、固有噪声小等优点。人交谈时的声压大约为40-60dB左右，而在车辆开空调情况下，怠速或低速行驶过程中车外的噪声值在70-80dB（A）之间，而在车辆急加速或高速行驶过程中的车外噪声声压级达到了100dB（A）以上。而本装置直接安放于各噪声源处，噪声源产生的噪声未经过降噪处理直接被本发明的噪声收集装置收集利用，且声波在传递过程中由于声反馈干扰产生的抑制的损失通常在10dB（A）左右。除去噪声声能的损失，可利用声压（大于人交谈时的声压）仍处于可再生利用范围，故与扬声器与麦克风的声电转换进行类比，本装置的可行性、实用性强：此外本装置设计严谨，不会在汽车行驶过程中产生额外的风阻，亦不会在噪声收集过程中因为声波信对汽车相关结构的激发产生共振，因而不会对汽车的正常行驶产生任何影响，即可以在不影响汽车正常行驶性的前提下能实现资源的再生。

2.针对性强、转换效率高。

汽车行驶过程中，产生的主要噪声包括：发动机结构振动噪声、进、排气噪声、风扇噪声、轮胎噪声和车体振动噪声。本发明装置根据各部分噪声频率、噪声声压等级以及车辆结构的实际情况，针对汽车发动机噪声、风扇噪声和轮胎噪声的差异噪声分别采用独立的噪声收集装置进行噪声的收集和转换发电，具有针对性强及转换效率高的优点。

3.结构简单、占用体积小，可靠性好，安装方便。

本装置由噪声收集装置、声电转换单元和电能存储单元组成，结构简单，装置各单元主要部件技术成熟，可在市场方便购买，成本低廉，可靠性好。还可根据不同车型选定相应噪声发电装置的型号，以满足不同层次的需要。此外发明装置安装位置巧妙合理，占用体积小，吸声效果明显，安装方便。

总之，本发明具有结构简单，转化效率高，成本低廉且不会对汽车运行造成任何影响等突出特点，同时也是对绿色汽车设计理念的延伸和探索。

附图说明

图1是本发明汽车噪声发电装置原理图；

图2是本发明汽车噪声发电装置车体布置位置主视图；

图3是本发明汽车噪声发电装置车体布置位置侧视图；

图4是本发明汽车噪声发电装置车体布置位置俯视图；

图5是位于前车轮位置的车载噪声发电装置的结构连接示意图；

图6是噪声收集单元与声电转换单元的结构示意图；

图7是噪声收集装置结构尺寸示意图；

图8是图7的左视图。

图9是动圈式声电转换器的原理示意图；

图10是噪声收集器四脚固定支架结构示意图。

图11是图10的俯视图。

图中：1.噪声收集器；2.声波导管；3.声压放大器；4.声电转换器；5.前挡泥网；6.后挡泥网；7.噪声收集器固定环槽；8.车轮；9.车轮叶子板内衬；10.发动机散热器；11.发动机体；12.电流调理电路；13.车载蓄电池；14.振动膜；15.圆形音圈；16.永磁体；17.固定齿槽；18.固定环扣孔；19.固定支架脚；20.塑料椎体连接螺母；21.内螺纹软管连接器；22.橡胶密封圈。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明提供的汽车车载噪声发电装置，由噪声收集单元、声电转换单元和电能存储单元组成。

所述噪声收集单元由噪声收集器1和声波导管2组成，其中噪声收集器1采用号筒型噪声收集器（参见图6），在号筒型噪声收集器的大、小头开口处分别设有防尘土的前挡泥网5和后挡泥网6，并且在结构中段设计有噪声收集器固定环槽7，用于噪声收集器1在汽车上的安装和固定。固定凹槽为矩形槽，设在噪声收集器1号筒形结构中部，槽宽与噪声收集器四脚固定支架中固定齿槽17相配合（参见图7、图8、图10、图11）。为了更好的保障不同部件间的连接密封性，噪声收集器1与声波导管2的连接均采用螺纹连接，其中，噪声收集器1的小开口处用塑料椎体连接螺母20连接，塑料椎体螺母另一端用内螺纹软管连接器21与声波导管2连接。所用的塑料椎体连接螺母20和内螺纹软管连接器21在市场上均可购买。此外，考虑到在汽车高速行驶过程中汽车轮胎噪声较大，故在车轮附近安置噪声收集器1，以提高收集效率，但直接在车轮上方叶子板内衬上打孔安置将会给车辆的行驶带来额外的风阻和不稳定因素，因此本发明将用于收集汽车轮胎噪声的噪声收集器设在车轮叶子板内衬9与车轮8内侧的钢板之间，噪声收集器四脚固定支架的固定需在车轮8内侧的钢板上打孔，然后用塑料膨胀螺丝将固定支架脚19通过固定环扣孔18与车体上所打的孔连接。此种安放和连接方式不仅可以较好的收集汽车轮胎噪声及悬架系统的振动噪声，而且该噪声收集器可简单稳定的固定在车轮内侧钢板上。为了避免雨雪天气车辆行驶过程中有雨雪进入噪声收集器1内，影响装置声电转换效率，噪声收集器1均采用斜向下开口布置。

所述噪声收集器1需根据不同车型大小采用不同的规格尺寸，其主要结构如图7、图8所示，具体计算公式均经试验分析得出，其中前挡泥板半径a=轮圈尺寸*0.2；后挡泥板半径c=前挡泥板半径a*0.25，后挡泥板与R=10mm的声波导管相连。噪声收集器其壁厚均为挡泥板半径a*0.075，其内腔斜度为15°。以现役17寸车轮毂的车型为例估算噪声收集器的尺寸大小，大致估算最佳噪声收集器尺寸规格。17寸车轮毂的轮胎尺寸通常为：225/50 17R，轮圈半径为17英寸，约为43.18厘米。图7中，a尺寸约为半径R=8.6cm，壁厚t=0.7cm；b尺寸为10cm；c尺寸为半径R=2.2cm，壁厚t=0.7cm（图中各尺寸均保留小数点后一位）。号筒型结构中段有噪声收集器安装颈圈7，该安装颈圈的设计尺寸与号筒固定支架（图10、图11）尺寸相配合。噪声收集器1固定在车体上的四脚固定支架由固定齿槽17、四个固定环扣18和四个固定支架脚19组成，固定齿槽17用以连接固定噪声收集器固定环槽7，再由四个固定支架脚19与四个固定环扣18相连接固定于车身结构中。

噪声收集器1在发动机体11上的布置，可选择安装在发动机舱左右两侧空隙的车体结构上，噪声收集器1按矩形排列，数量不少于4个（见图4）。

噪声收集器1在发动机散热器10上的布置，可选择安装在发动机散热器10与发动机体11之间，噪声收集器1按一字型排列，噪声收集器1的收集口面向发动机散热器10且与水平面呈一定角度（具体的夹角大小应根据实际车型的发动机散热器10与发动机体11之间的空间大小确定），开口朝向发动机散热器10（参见图2），数量不少于2个（参见图4），考虑到噪声收集器1布置在发动机散热器10与发动机体11之间，会影响发动机散热器10对发动机的冷却效果，故安放在发动机散热器10与发动机体11之间的噪声收集器1尺寸大小与布置在车轮附近的噪声收集器1之比约为1:2。

上述噪声收集器1不少于12个，其中安装在汽车发动机上的不少于4个，每条轮胎不少于2个，发动机散热器10附近不少于2个。

该噪声收集器1和本装置中的其它部件在汽车轮胎附近的布置如图5所示；在前后车轮8附近各安装两套噪声收集单元，其中号筒型噪声收集器1的一端与声波导管2相连，另一端由声波导管2与声压放大器3用反向内螺纹软管连接器相连接；声电转换器4通过导线与电流调理电路12中的电压放大电路相连，电流调理电路12布置于汽车前后轮车桥附近，两前（或后）车轮8共用一个电能存储单元。此外，在发动机散热器10附近安放两个噪声收集器，并布置有独立的声电转换单元和电能存储单元，布置参见图3、图4。在发动机体11的左右两侧的车身结构上，安放数个噪声收集装置，每两个相邻噪声收集装置共用一个声电转换单元，布置图参见图3、图4。发动机缸体附近的数个声电转换单元通过导线共连一个电能存储单元。噪声收集器1以一定的斜度（与铅垂面的夹角在30°—45°之间，具体角度与车型结构有关）固定在车轮8的车轮叶子板内衬9附近（参见图5）。与噪声收集器1相连的声波导管2固定在车身内壁上，并与固定在车轴上的声压放大器3相连接。

所述声电转换单元的结构如图6所示：由声压放大器3和声电转换器4组成。

所述的声压放大器3的尺寸可以根据该组汽车噪声收集器所收集的声波频率选定，使其共振声波频率处在与其相连的噪声收集器1收集的声波主频带内，声压放大器3与声波导管2的连接采用橡胶密封方式连接。该声压放大器运用共鸣器原理，可类比吉他、鼓以及音响共鸣器体的共振效应，而本发明需根据不同声波频率范围选用不同形状的共鸣腔体。

所述声电转器4采用如图9所示的动圈式声电换能器，该声电转换器中的永磁体16产生磁场，再由经声压放大器放大的声波带动振动膜14振动，振动膜14的振动带动圆形音圈15移动切割磁感线，从而达到声能转换成电能的目的。

所述的声波导管2材料可使用与市场上声波导管耳机中导管相同材料——复合塑料软管，声压放大器3材料可使用与汽车空气滤清器中谐振器相同材料——PP类的塑料材料。在声波导管2与声压放大器3连接处设置橡胶密封圈22，以便减少声波传递过程中的能量损失。

所述电能存储单元由电流调理电路12和车载蓄电池13组成，该电能存储单元的数量为不少于3个，其中每4个声电转换单元共用一个电能存储单元。

所述电能存储单元中电流调理电路12由导线依次相连的电压放大电路、整流滤波调理电路、电能储存器组成。

所述电压放大电路为普通三极管电压放大电路，该电路常用于麦克风前置放大电路，运用于本发明将会有效的对转换电压进行放大。

所述整流滤波调理电路由整流电路和滤波电路组成，其中整流电路为全桥整流电路，全桥整流电路主要由整流二极管组成，是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，是一种能充分利用电能的全波整流电路；滤波电路为无源滤波电路，采用简易且可靠性高的无源滤波器结构，该结构将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路，达到滤波效果。

所述电能储存器采用超级电容电能储存器，采用双电层型电容器，进行电流的储存和转换并实现对车载蓄电池的充电。

所述汽车噪声发电电能存储装置的连接方式为串联，即所有的电能储存装置之间通过导线连接，使得输出电压为所有电能储存装置的电压总和，用于提高输出电压。

所述电能存储单元中车载蓄电池13为原车蓄电池，本发明装置在经过噪声收集单元和声电转换单元，再经电能存储单元中电流调理电路12对转换电流进行放大滤波后，通过电能储存器达到对车载蓄电池13充电的目的。

本发明提供的汽车车载噪声发电装置，其工作过程是：入射噪声声波通过噪声收集器1进入声波导管2，再通过声波导管2传入声压放大器3中进行声压放大，然后通过声电转换器4将机械振动转化为电能，产生的感应电动势通过电压放大电路进行放大后，产生的电流经电流调理装置12整流后流入超级电容进行储存，储存达到一定量之后就能供给车载蓄电池13用电，所供电量可支持小轿车或者公交车的喇叭用电和车内灯的照明。

Claims (10)

1.一种汽车车载噪声发电装置，其特征是设有由噪声收集器和声波导管组成的噪声收集单元，由声压放大器和声电转换器组成的声电转换单元，由电流调理电路和车载蓄电池组成的电能存储单元；所述电流调理电路由导线依次相连的电压放大电路、整流滤波调理电路和电能储存器组成。

2.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的噪声收集器采用号筒型噪声收集器。

3.根据权利要求2所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的号筒型噪声收集器，在其前后大小开口处设计有挡泥网，中部有固定环槽，该固定环槽上设有与之配合相连的四脚固定支架。

4.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的声压放大器是以椭形空腔为母体，空腔一端为进声口，另一端为振动膜，输出机械振动波，振动膜处与声电转换器相连，将声波产生的振动机械能转换为电能。

5.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述噪声收集器与声压放大器采用声波导管传递声波。

6.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的声电转器采用由永磁体和圆形音圈组成的动圈式声电换能器，其中永磁体产生磁场，其工作过程为：首先，经声压放大器放大的声波带动声压放大器的振动膜振动，再由振动膜的振动带动圆形音圈移动切割磁感线，最后实现声能转换成电能。

7.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的整流滤波调理电路是由声压放大电路和全桥式整流电路构成，其将汽车噪声声电转换器产生的不稳定的、小信号交流电，变成可供超级电容存储并能对车载蓄电池充电的直流电。

8.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的电能储存器采用型号为PC10-2702.5V MAXWELL的超级电容器。

9.根据权利要求1所述的汽车车载噪声发电装置，其特征是所述的声压放大器材料采用PP类的塑料材料，该塑料材料与汽车空气滤清器中谐振器材料相同；声波导管材料采用复合塑料软管，该复合塑料软管与市场上声波导管耳机中导管材料相同。

10.权利要求1至9中任意一项权利要求所述汽车车载噪声发电装置的用途，其特征是该装置产生的电能供给汽车车载蓄电池用电，所供电量可支持小轿车或者公交车的喇叭用电和车内灯的照明。

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