CN106870313A - 一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，属于噪声发电领域。本发明的噪声发电装置，包括：压电发电机构，主要由子弹形的轻质外壳和其内部的共鸣器组成，共鸣器的共鸣腔上连接有压电陶瓷薄膜；金属导线杆，其中部与旋转轴连接，两端连接有逆向的轻质外壳；金属导线杆所对应区域布设有竖直方向的磁感线。本发明把噪声压电发电和磁感应发电相结合，利用噪声能源进行再次发电，能源利用率高，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及噪声发电技术领域，更具体地说，涉及一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置。
背景技术
目前的能源危机越来越严重，如果不能有节制的开采利用，在未来不但不能缓解，甚至会更加严重。根据经济学家和科学家的普遍估计，到2050年左右，目前人类所依赖的主要传统化石燃料石油将开采殆尽，其价格会升至很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球。为了避免上述窘境，各国相继开展了新能源研究。
噪声作为一种污染，广泛存在与人们的日常生活中，噪声作为一种物理源又蕴藏着巨大的能量，如果将噪声转化利用，将有助于节能减排环境的建设。根据物理上的共振现象制做的亥姆霍兹共鸣器为利用噪声提供了可能。亥姆霍兹共鸣器的原始形状是一个有细颈或小开日的谐振腔。将其置示噪声源时，受声波的作用细颈内的空气随之振动，可利用该振动进行发电。
中国专利申请号：201010116350.9，申请日：2010年3月3，发明创造名称为：噪声发电装置，该申请案是姆霍兹共鸣器的原理，将其置示噪声源时，受声波的作用细颈内的空气随之振动，而谐振腔内的空气对之产生恢复力。在声波波长远大于谐振腔儿何尺度的情形卜，谐振腔内空气振动的动能集中十细颈内空气的运动，势能仅与容器内空气的弹性形变有关。这样，这个谐振腔就是由细颈内空气有效质量和谐振腔内空气弹性组成的一组振动系统，囚而对作用声波有共振现象。使声波能量大大集聚增强，谐振发电机的振子经连杆带动，在定子磁场里往返上卜振动，切割磁力线就能发电。该装置对噪声能源的利用率较低，可做进一步改进。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中噪声能源不能充分利用的不足，提供了一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，本发明把噪声压电发电和磁感应发电相结合，利用噪声能源进行再次发电，能源利用率高，节能环保。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，包括：
压电发电机构，主要由子弹形的轻质外壳和其内部的共鸣器组成，共鸣器的共鸣腔上连接有压电陶瓷薄膜；
金属导线杆，其中部与旋转轴连接，两端连接有逆向的轻质外壳；
金属导线杆所对应区域布设有竖直方向的磁感线。
作为本发明更进一步的改进，所述轻质外壳的尾部与共鸣器的共鸣腔对应。
作为本发明更进一步的改进，所述共鸣器的腔体为圆形或矩形。
作为本发明更进一步的改进，所述旋转轴周向均匀排布有至少两个金属导线杆。
作为本发明更进一步的改进，同一金属导线杆上的两个共鸣器共振频率相同，不同金属导线杆上共鸣器共振频率不同。
作为本发明更进一步的改进，所述的轻质外壳的外侧设置有电磁铁，内部设置有距离传感器和储能模块，储能模块在设定位置向电磁铁供电；在磁场外部与电磁铁等高处设置有第二永磁体。
作为本发明更进一步的改进，所述轻质外壳内部还设有磁感应发电机构，其与压电发电电路共同为储能模块供电。
作为本发明更进一步的改进，所述磁感应发电机构包括第一永磁体和弹簧线圈，所述弹簧线圈一端与压电陶瓷薄膜连接，另一端设置在第一永磁体所形成磁场中，用于使弹簧线圈切割磁感线发电。
作为本发明更进一步的改进，所述共鸣腔一面采用压电陶瓷薄膜材料，另外三面为刚性背板。
本发明的一种噪声发电方法，采用上述发电装置进行发电。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其压电发电机构能够进行噪声发电，作为一级发电；与此同时，共鸣腔的振动能够带动金属导线杆旋转切割磁感线，进行二级发电，从而噪声发电与磁感应发电相结合，共同发电，提高了噪声能源的利用率；
(2)本发明的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，旋转轴周向均匀排布有至少两个金属导线杆，从而增加发电率，此外，不同金属导线杆上共鸣器的共振频率不同，从而可吸收一个波段内的噪声，并实现能量的转化；
(3)本发明的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，在轻质外壳外侧设置有电磁铁，该电磁铁与永磁体配合，从而使在压电发电的同时，能够过弹簧线圈切割磁感线进行发电，进一步提高了发电效率；
(4)本发明的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，利用磁感应发电机构和压电发电机构所产生电能为电磁铁供电，从而使其与第二永磁体在一定位置产生排斥力或吸引力，为金属导线杆的旋转提供动力，大大提高了其发电效率。
附图说明
图1为本发明的磁感应发电机构的结构示意图；
图2为本发明的噪声发电装置的结构示意图；
图3为本发明中电磁铁与第二永磁体的配合结构示意图；
图4为本发明的轻质外壳内部结构示意图；
图5为本发明的噪声发电装置的构造原理示意图。
示意图中的标号说明：1、共鸣器；11、共鸣腔；2、刚性背板；3、压电陶瓷薄膜；4、磁感应发电机构；41、第一永磁体；42、弹簧线圈；5、距离传感器；61、电磁铁；62、第二永磁体；7、轻质外壳；8、金属导线杆。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
亥姆霍兹共鸣器就是一个带有短颈口的密闭空腔，密闭空腔的外观形状有很多种形式，可以是正方体、圆柱体，亦可以球体、立方体等。由不同几何形状的空腔构成的亥姆霍兹共鸣器并没有多大区别，只与空腔内的体积和腔颈内部的体积，内壁的粗糙程度有关。由空腔内空气的体积，颈口的长度和内径，和内壁摩擦阻力可确定对外界声音的共振频率，当外界声音的频率与亥姆霍兹共鸣器所确定的共振频率一致时，颈口内的空气发生振动。
结合图1和图2，本实施例的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，包括：压电发电机构，该压电发电机构主要由子弹形的轻质外壳7和其内部的共鸣器1组成，共鸣器1的共鸣腔11上连接有压电陶瓷薄膜3，当空气振动时，压电陶瓷薄膜3振动，进而产生电流，可存储在储能模块中。
本实施例中的轻质外壳7用于安装各部件，轻质外壳7的尾部与共鸣器1的共鸣腔11对应。金属导线杆8中部与旋转轴连接，两端连接有逆向的轻质外壳。当外加声音与共鸣器产生共振时，颈口共鸣腔11的空气柱振动，对外有排气和吸气的效果，且排气量远远大于吸气量，由于力的相互作用，共鸣器会受到向前运动的推力，从而促使其旋转。
参看图3，由于轻质外壳7的尾部与共鸣器1的共鸣腔11对应，其尾部朝向相同，排气时，轻质外壳7被向前推动。轻质外壳7的头部为锥形，能够减小风流阻力，有助于其转动运动。此外，金属导线杆8两端的轻质外壳逆向设置，由于轻质外壳7是中心对称设置在金属导线杆8的两端，逆向设置的轻质外壳可加快金属导线杆的旋转，有助于发电效率的提高。
在金属导线杆8所对应区域布设有竖直方向的磁感，当金属导线杆8转动时会切割磁感线，从而产生电流，具有二级发电的作用。
值得说明的是，所布设磁感线区域应该小于与金属导线杆8等径的圆形区域，轻质外壳7内有各种导线和控制系统，如果在磁场中运动，很容易影响其正常工作，而且容易使部件损坏。
实施例2
结合图4，本实施例的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：轻质外壳7的外侧设置有电磁铁61，轻质外壳7内部设置有距离传感器5和储能模块，储能模块用于存储压电发电机构所产生电能，并可向电磁铁61供电，使其产生磁力。
在磁场外部与电磁铁61等高处设置有第二永磁体62，当电磁铁61带电时，所产生磁力会与第二永磁体62相吸或者是相斥。
由于轻质外壳7中还设置有距离传感器5，可以根据其检测范围、旋转方向和金属导线杆的运转范围，对处理器进行设定，使其在规定位置与第二永磁体62产生引力或斥力，从而推动金属导线杆8旋转。
虽然通过共鸣器1内空气的振动也能够提供一定的旋转力，但力度较为微弱，而且切割磁感线时会存在一定的阻力，在常规情况下，这种设置进行磁感发电的效果并不理想，难以产生稳定的电流。针对该问题，本实施例把压电发电机构产生的电能供给电磁铁，使其与永磁体相互作用来推动金属导线杆运动，金属导线杆切割磁感线所产生电流较多，效果明显。
本实施例将噪声能源直接产生的电流消耗掉用于金属导线杆的旋转，通过其旋转来产生更为稳定的电流，发电效率提高，具有显著的进步。
实施例3
本实施例的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例的轻质外壳7内部还设有磁感应发电机构4，其与压电发电电路共同为储能模块供电。
参看图1，该磁感应发电机构4包括第一永磁体41和弹簧线圈42，弹簧线圈42一端与压电陶瓷薄膜3连接，另一端设置在第一永磁体41所形成磁场中，用于使弹簧线圈42切割磁感线发电。
所设置第一永磁体41中部形成磁场，在压电陶瓷薄膜3振动时，会带动弹簧线圈42高速振动切割磁感线，进而产生电流，其电流存储在储能模块中，共同为距离传感器5和电磁铁61供电。
本实施例利用磁感应发电机构和压电发电机构所产生电能为电磁铁供电，从而使其与第二永磁体在一定位置产生排斥力或吸引力，为金属导线杆的旋转提供动力，大大提高了其发电效率。
实施例4
本实施例的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于：本实施例中旋转轴周向均匀排布有至少两个金属导线杆8，具体地，可设置5个、6个、7个等，本实施例优选6个，相邻金属导线杆夹角间距为60°。多个发电模块同时发电，大大提高了发电效率。
在利用共鸣器1振动发电时，只有当共鸣器1与噪声频率相同时才能够产生共振。进而，可以使同一金属导线杆8上的两个共鸣器1共振频率相同，保证其旋转的稳定性，而不同金属导线杆8上共鸣器1共振频率不同，可包含一个范围内噪声波段。
单个的亥姆霍兹共鸣器发生共振的频率有限，即接收的声音频率比较单一，设置的6个金属导线杆上的共鸣器均对应一个噪声平率波段，则本装置能够实现对一段频率内噪声能量的转化，而不是某一特定频率噪声能量的利用。
实施例5
本实施例的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其基本结构与实施例4相同，其不同之处在于：对于同一频率的噪声，共鸣腔11的振动幅度有限，为了提高共鸣腔11一面采用压电陶瓷薄膜材料，另外三面为刚性背板2，则可有效提高压电陶瓷薄膜3的振动幅度，磁感应发电机构4所产生电流增加。
本发明还提供了一种噪声发电方法，具体发电方式，可采用上述方案中的噪声发电装置进行发电。
结合图5，本发明压电发电机构能够利用压电陶瓷进行声电转换，同时利用压电陶瓷薄膜的振动带动弹簧线圈切割磁感线，所产生电能用于推动金属导线杆旋转，进行二级发电，从而噪声发电与磁感应发电相结合，共同发电，提高了噪声能源的利用率。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于包括：
压电发电机构，主要由子弹形的轻质外壳(7)和其内部的共鸣器(1)组成，共鸣器(1)的共鸣腔(11)上连接有压电陶瓷薄膜(3)；
金属导线杆(8)，其中部与旋转轴连接，两端连接有逆向的轻质外壳(7)；
金属导线杆(8)所对应区域布设有竖直方向的磁感线。
2.根据权利要求1所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述轻质外壳(7)的尾部与共鸣器(1)的共鸣腔(11)对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述共鸣器(1)的腔体为圆形或矩形。
4.根据权利要求1所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述旋转轴周向均匀排布有至少两个金属导线杆(8)。
5.根据权利要求4所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：同一金属导线杆(8)上的两个共鸣器(1)共振频率相同，不同金属导线杆(8)上共鸣器(1)共振频率不同。
6.根据权利要求1所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述的轻质外壳(7)的外侧设置有电磁铁(61)，内部设置有距离传感器(5)和储能模块，储能模块在设定位置向电磁铁(61)供电；在磁场外部与电磁铁(61)等高处设置有第二永磁体(62)。
7.根据权利要求6所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述轻质外壳(7)内部还设有磁感应发电机构(4)，其与压电发电电路共同为储能模块供电。
8.根据权利要求7所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述磁感应发电机构(4)包括第一永磁体(41)和弹簧线圈(42)，所述弹簧线圈(42)一端与压电陶瓷薄膜(3)连接，另一端设置在第一永磁体(41)所形成磁场中，用于使弹簧线圈(42)切割磁感线发电。
9.根据权利要求8所述的一种基于亥姆霍兹木马旋转的噪声发电装置，其特征在于：所述共鸣腔(11)一面采用压电陶瓷薄膜材料，另外三面为刚性背板(2)。
10.一种噪声发电方法，其特征在于：采用权利要求1～9中的发电装置进行发电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170620 |