CN203984214U - 噪音发电面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种噪音发电面板，包括面壳以及安装于面壳上的网格状的声音收集装置，其中，声音收集装置的每一单元格为一独立的声音收集喇叭，每一声音收集喇叭配套设有一独立的发电单元，每一发电单元均包括用于根据声音收集喇叭收集的噪音产生交流电的声电转化装置，以及用于将交流电转化为直流电的调理电路板，声电转化装置的振动系统与声音收集喇叭的缩口处连接，声电转化装置的电系统与调理电路板的输入端电连接，所有的调理电路板的输出端通过连接总线连接以输出电能。本实用新型提出的噪音发电面板，使用了最小的面积设置了最多的声音收集喇叭，可减小噪音发电面板的体积。

Description

噪音发电面板

技术领域

本实用新型涉及发电设备技术领域，尤其涉及一种噪音发电面板。

背景技术

能源是现代经济社会发展的基础，随着能源的大量应用，人们不断通过提高资源使用效率，开发新能源来满足日益增长的能源需求。噪声作为一种公众环境污染源，影响了人们的正常工作与生活。

噪声的来源非常广泛，比较常见的噪声源有机器噪声、交通噪声、风扇噪声和排气噪声等。噪声也具有一定的能量，例如噪声达到160dB的喷气式飞机，其声功率约为10kW；噪声达到140dB的大型鼓风机，其声功率为100W。其他各种情况，如汽车、音响等声源产生的噪声也具有很大的能量值。声电转化装置能将环境中的声能转化为电能，不仅可以有效地降低环境中的噪声，保护环境。

噪声能源因其密度小，具有不易收集的特点，因此，现有的声电转化装置体积通常都比较大以收集更多的噪音，这使得噪声发电技术的应用受到约束。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种噪音发电面板，旨在降低噪音发电面板体积。

为实现上述目的，本实用新型提供一种噪音发电面板，包括面壳以及安装于所述面壳上的网格状的声音收集装置，其中，所述网格状的声音收集装置由多个单元格组成，所述声音收集装置的每一单元格为一独立的声音收集喇叭，每一所述声音收集喇叭配套设有一独立的发电单元，每一所述发电单元均包括用于根据所述声音收集喇叭收集的噪音产生交流电的声电转化装置，以及用于将交流电转化为直流电的调理电路板，所述声电转化装置的振动系统与所述声音收集喇叭的缩口处连接，所述声电转化装置的电系统与所述调理电路板的输入端电连接，所有的所述调理电路板的输出端通过连接总线连接以输出电能。

优选地，所有所述发电单元的声音收集喇叭形状及大小相同。

优选地，所述声电转化装置包括与所述声音收集喇叭连接的振膜、与所述振膜固定连接的线圈、以及与所述线圈配套设置的磁铁，所述振膜振动带动所述线圈切割所述磁铁产生的磁力线，所述振膜与所述声音收集喇叭的缩口处连接，所述线圈与所述调理电路板电连接。

优选地，所述线圈的匝数为850～950匝之间。

优选地，所述声音收集喇叭的横截面为与其轴线垂直的截面，所述声音收集喇叭的横截面为正六边形。

优选地，所述噪音发电面板还包括位于所述声音收集喇叭和所述声电转化装置之间的声音放大装置，其中，所述声音放大装置设有腔室，在所述腔室上设有入口和出口，所述腔室内安装有弹性膜将所述声音放大装置分为亥姆霍兹共振器以及振幅放大器，所述入口位于所述亥姆霍兹共振器上，所述出口位于所述振幅放大器上，所述入口设置有与所述声音收集喇叭的缩口处连接的细颈，所述声电转化装置的振膜安装于所述出口处将所述振幅放大器密封，所述弹性膜在接收到噪音时相对于所述声音放大装置振动、进而带所述振膜振动，所述弹性膜的面积大于所述振膜的面积。

优选地，所述弹性膜的面积和所述振膜的面积的比值小于10。

优选地，所述弹性膜安装于所述声音放大装置内的位置可调整。

优选地，所述调理电路板包括依次连接的整流稳压电路、升压储能模块以及储能装置，所述整流稳压电路为全桥整流电路。

优选地，所述面壳的外侧壁上还设有用于安装所述噪音发电面板的安装环，该安装环上开设有螺纹孔。

本实用新型提出的噪音发电面板，因在面壳上集成有网格状的声音收集装置，每一个单元格即对应为一个声音收集喇叭，相对于现有技术中仅在面壳上设置一个声音收集喇叭，本噪音发电面板使用了最小的面积设置了最多的声音收集喇叭，提高了面壳单位面积的噪音收集率，从而提高了单位面积的发电效率，因此可减小噪音发电面板的体积。

附图说明

图1为本实用新型噪音发电面板优选实施例的主视结构示意图；

图2为本实用新型噪音发电面板优选实施例的侧视结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1和图2，图1为本实用新型噪音发电面板优选实施例的主视结构示意图；图2为本实用新型噪音发电面板优选实施例的侧视结构示意图。图1和图2中仅示出部分单元格为示意说明，并不代表一定要图1和图2的数量来设置单元格。

本优选实施例中，噪音发电面板包括面壳10以及安装于面壳10上的网格状的声音收集装置，其中，网格状的声音收集装置由多个单元格组成，声音收集装置的每一单元格为一独立的声音收集喇叭20，每一声音收集喇叭20配套设有一独立的发电单元30，每一发电单元30均包括用于根据声音收集喇叭20收集的声音产生交流电的声电转化装置301，以及用于将交流电转化为直流电的调理电路板302，声电转化装置301的振动系统与声音收集喇叭20的缩口处连接，声电转化装置301的电系统与调理电路板302的输入端电连接，所有的调理电路板302的输出端通过连接总线40连接以输出电能。

具体地，声电转化装置301可以为电磁式声电转换器、压电式声电转换器或电容式声电转换器等，本实用新型对此不作限定。当噪声频带较宽的应用场合时，采用压电式或电容式以保证较大的噪声吸收频宽；当噪声频带较为集中时采用电磁式。在本实施例中，以声电转化装置301为电磁式声电转换器为例具体说明，此时，声电转化装置301包括与声音收集喇叭20连接的振膜、与振膜固定连接的线圈、以及与线圈配套设置的磁铁，振膜振动带动线圈切割磁铁产生的磁力线，振膜与声音收集喇叭20的缩口处连接，线圈与调理电路板302电连接。此时，振膜即为声电转化装置301的振动系统，线圈即为声电转化装置301的电系统。

本实施例中，网格状的声音收集装置可以为多种结构，本实用新型对此不作限定，如可设置为多个长方形、三角形或平行四边形的声音收集喇叭20拼接在一起组成网格状的声音收集装置。本实施例中，优选声音收集喇叭20为蜂窝状，即当声音收集喇叭20的横截面为与其轴线垂直的截面时，声音收集喇叭20的横截面为正六边形，此时，声音收集喇叭20收集噪音的效率高，有利于提高本噪音发电面板单位面积的发电效率。同时优选所有发电单元30的声音收集喇叭20形状及大小相同，以利于制造相同的发电单元30。

本噪音发电面板的工作原理如下：每一声音收集喇叭20均收集来自各个方向的噪音，从而带动声电转化装置301的振动系统振动，声电转化装置301将噪音的能量转化为交流电，并通过其电系统将交流电发送至调理电路板302，调理电路板302将交流电转化为直流电，最后通过连接总线40将所有的调理电路板302转化的直流电叠加后输出。

本实施例提出的噪音发电面板，因在面壳10上集成有网格状的声音收集装置，每一个单元格即对应为一个声音收集喇叭20，相对于现有技术中仅在面壳上设置一个声音收集喇叭20，本噪音发电面板使用了最小的面积设置了最多的声音收集喇叭20，提高了面壳10上单位面积的噪音收集率，从而提高了单位面积的发电效率，因此可减小噪音发电面板的体积。

进一步地，本实施例中，线圈的匝数为850～950匝之间。

当噪声声波的波动声压作用于振膜，带动线圈切割磁力线时，便会在线圈中产生感应电动势。理论分析得知，声电转化装置301的输出电压值主要与以下几个因素有关：线圈匝数、线圈内阻、磁场强度以及振膜刚度。通过控制变量法，我们得到了各个因素对输出电压值U的影响规律。在这三个参数里面线圈匝数非常关键。实验证明，不能一味地去增大线圈匝数，虽然理论上当线圈匝数时会增大输出电压，但是线圈匝数增加同时也会降低整个换能器的灵敏度，会对声音的响应能力有所减弱。经过多次实验得到，当线圈的匝数为850～950匝之间时，发电效率较高，同时还可保证一定的灵敏度。

进一步地，本噪音发电面板还包括位于声音收集喇叭20和声电转化装置301之间的声音放大装置50，其中，声音放大装置50设有腔室，在腔室上设有入口和出口，腔室内安装有弹性膜51将声音放大装置50分为亥姆霍兹共振器501以及振幅放大器502，入口位于亥姆霍兹共振器501上，出口位于振幅放大器502上，入口设置有与声音收集喇叭20的缩口处连接的细颈，声电转化装置301的振膜安装于出口处将振幅放大器502密封，弹性膜51在接收到噪音时相对于声音放大装置50振动、进而带振膜振动，弹性膜51的面积大于振膜的面积。本实施例中，声音放大装置50的腔室为球形，当然，在其它变形实施例中，腔室也可以为其它形状，本实用新型对此不作限定。

亥姆霍兹共振器501由一个空腔和一个细颈组成，它有一个共振频率，当声音的频率与其共振频率相近时，将引起它的共振，从而放大声音的振幅。其中，亥姆霍兹共振器501的共振频率的计算公式如下：

$f_1=\frac{c}{2}\sqrt{\frac{S}{(L+0.85d)V}}.$

其中，f₁为亥姆霍兹共振器501的共振频率，c为声速，这里取空气中声速c＝340m/s，S为小孔(即为声音放大装置50的入口)的面积(m2)，L为细颈的长度，d为小孔的直径，V为空腔的体积。

本实施例中，具体地，L＝0.03m，d＝0.02m，亥姆霍兹共振器501的空腔为半球体积形，半球的球径R＝0.07m。

将上述数值代入公式计算可知，本实施例中，亥姆霍兹共振器501的共振频率为f1＝518.6Hz，该共振频率可通过改变亥姆霍兹共振器501的上述尺寸来调整。

弹性膜51的生活实例是鼓膜，就是一张有弹性的圆形膜，周围固定，中间可以自由振动，根据声学原理，它有一个固有共振频率，当外界驱动力的频率与其接近时，将引起它的共振。该固有共振频率的计算公式如下式：

$f_2=\frac{2.405}{2\mathrm{\πR}}\sqrt{\frac{T}{\mathrm{\σ}}}=\frac{2.405}{2\mathrm{\πR}}\sqrt{\frac{p}{\mathrm{\ρ}}}.$

其中，f₂为弹性膜51的固有共振频率；R为弹性膜51的半径；T为弹性膜51的最大张力，σ为弹性膜51的面密度，p为弹性膜51的抗拉强度，ρ为弹性膜51的密度。

本实施例中，弹性膜51选用PE保鲜膜，其密度ρ＝0.925×10-3kg/m3，R＝0.07m，理论抗拉强度为25MPa，实际上因弹性膜51不可能完全绷紧，计算时假设抗拉强度p只达到其理论抗拉强度的三分之一。

经计算可得，本实施例中弹性膜51的共振频率为f₂＝519.3Hz，该频率可通过改变膜的材料、大小以及膜的松紧程度来调整。

声音放大装置50对噪音的放大是通过位移放大原理，即在一个密闭的腔体中，当某一个面积较大的面产生位移时，由于腔室的体积不变，在腔室的另一个较小的面将产生放大的位移，位移放大倍数近似为两个位移面的面积比。可以通过液压缸来解释它，当截面大的活塞杆移动一个距离时，截面小的活塞杆将移动一个更大的距离。

理论上而言，弹性膜51的面积S1和振膜的面积S2的面积比越大越好，但弹性膜51的面积太大时，可能会导致大弹性膜51的强度不足，且太大了弹性膜51不容易发生振动。经过多次实验表明，弹性膜51的面积和振膜的面积的比值小于10。此时，声音放大装置50的放大倍数与弹性膜51振动与结构强度能较好的平衡。

本实施例提出的噪音发电面板，通过设置声音放大装置50，在声音放大装置50内安装有弹性膜51将声音放大装置50分为亥姆霍兹共振器501以及振幅放大器502，从而使本噪音发电面板实现了对噪音的三次放大，当声音收集喇叭20收集的声音到达声音放大装置50时，特定频率的噪音首先引起亥姆霍兹共振腔共振，将该频率声音一次放大；接着，亥姆霍兹共振腔的共振引起弹性膜51的共振，将声音二次放大；由于振幅放大器502的腔室是密闭的，相当于一个活塞缸，弹性膜51和振膜分别是两个大小活塞，振幅放大器502对声音的振幅进行了第三次放大，从而使声压大大增强，增强的声压使振膜更容易振动，从而大大提高了本噪音发电面板的灵敏度和声电转化效率。

本实施例中，弹性膜51安装于声音放大装置50内的位置可调整。弹性膜51可粘贴于声音放大装置50的腔室中。

因将噪音发电面板安装于不同地方，其收集的噪音的平均频率也不同，本实施例中，弹性膜51安装于声音放大装置50内的位置可调整，从而调整亥姆霍兹共振器501的共振频率，使其共振频率接近于收集的噪音的平均频率，从而提高本噪音发电面板的灵敏度和声电转化效率。

具体地，本实施例中，调理电路板302包括依次连接的整流稳压电路、升压储能模块以及储能装置，整流稳压电路为全桥整流电路。

本实施例中，储能装置为蓄电池。整流稳压电路用于将交流电转化为直流电并使电压稳定，升压储能模块用于将直流电进行升压，并将升压后的直流电储存在蓄电池。蓄电池可设置多个。

经声电转化装置301得到的电能功率较小，需要叠加才能给负载供电，考虑到这些电能是一种波形不规则的交流电，为了叠加的方便，需要将其转化为直流。为此，需使用整流稳压电路，整流稳压电路为全波整流桥与电容串联形成，其中，全波整流桥中二极管型号为1N5817肖特基二极管，该二极管的管压降为0.45V左右，电能损耗小。本实施例中选用47μF的电解电容。

当然，也可使用负载模块替换储能装置，负载模块可以为LED广告牌等。

进一步地，面壳10的外侧壁上还设有用于安装噪音发电面板的安装环60，该安装环上开设有螺纹孔61。

本调理电路板302通过安装环60使其可拆卸安装于不同的地方，以方便收集噪音以供发电。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种噪音发电面板，其特征在于，包括面壳以及安装于所述面壳上的网格状的声音收集装置，其中，所述网格状的声音收集装置由多个单元格组成，所述声音收集装置的每一单元格为一独立的声音收集喇叭，每一所述声音收集喇叭配套设有一独立的发电单元，每一所述发电单元均包括用于根据所述声音收集喇叭收集的噪音产生交流电的声电转化装置，以及用于将交流电转化为直流电的调理电路板，所述声电转化装置的振动系统与所述声音收集喇叭的缩口处连接，所述声电转化装置的电系统与所述调理电路板的输入端电连接，所有的所述调理电路板的输出端通过连接总线连接以输出电能。

2.如权利要求1所述的噪音发电面板，其特征在于，所有所述发电单元的声音收集喇叭形状及大小相同。

3.如权利要求1所述的噪音发电面板，其特征在于，所述声电转化装置包括与所述声音收集喇叭连接的振膜、与所述振膜固定连接的线圈、以及与所述线圈配套设置的磁铁，所述振膜振动带动所述线圈切割所述磁铁产生的磁力线，所述振膜与所述声音收集喇叭的缩口处连接，所述线圈与所述调理电路板电连接。

4.如权利要求3所述的噪音发电面板，其特征在于，所述线圈的匝数为850～950匝之间。

5.如权利要求3所述的噪音发电面板，其特征在于，所述声音收集喇叭的横截面为与其轴线垂直的截面，所述声音收集喇叭的横截面为正六边形。

6.如权利要求3所述的噪音发电面板，其特征在于，还包括位于所述声音收集喇叭和所述声电转化装置之间的声音放大装置，其中，所述声音放大装置设有腔室，在所述腔室上设有入口和出口，所述腔室内安装有弹性膜将所述声音放大装置分为亥姆霍兹共振器以及振幅放大器，所述入口位于所述亥姆霍兹共振器上，所述出口位于所述振幅放大器上，所述入口设置有与所述声音收集喇叭的缩口处连接的细颈，所述声电转化装置的振膜安装于所述出口处将所述振幅放大器密封，所述弹性膜在接收到噪音时相对于所述声音放大装置振动、进而带所述振膜振动，所述弹性膜的面积大于所述振膜的面积。

7.如权利要求6所述的噪音发电面板，其特征在于，所述弹性膜的面积和所述振膜的面积的比值小于10。

8.如权利要求6所述的噪音发电面板，其特征在于，所述弹性膜安装于所述声音放大装置内的位置可调整。

9.如权利要求1所述的噪音发电面板，其特征在于，所述调理电路板包括依次连接的整流稳压电路、升压储能模块以及储能装置，所述整流稳压电路为全桥整流电路。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的噪音发电面板，其特征在于，所述面壳的外侧壁上还设有用于安装所述噪音发电面板的安装环，该安装环上开设有螺纹孔。