CN210093096U - 一种阵列式声音发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种阵列式声音发电装置，包括用于将声波能量转化为电能的换能机构，所述换能机构的输出端连接有用于输出交流电供用电器使用的电能转换模块，所述换能机构包括电能收集池，以及若干个阵列分布在电能收集池内部的发电器，所述发电器的输出端并联连接有导电传输线，所述导电传输线与电能转换模块电性连接，所述电能转换模块输出交流电以供用户使用；本方案采用多个声音发电装置阵列分布，提高声音利用的效率和发电效率，减少安装成本，并且将发电的交流电转化为所需规格的交流电。

Description

一种阵列式声音发电装置

技术领域

本实用新型实施例涉及声音发电技术领域，具体涉及一种阵列式声音发电装置。

背景技术

声能发电技术是指通过一个换能器实现声能到电能的转换。而声能发电系统主要由声能收集装置和换能器两部分组成。毫无疑问，声能收集装置的作用就是采集声音，例如霍尔姆兹共鸣器对入射声波进行收集和放大、利用声学晶体共振腔将入射声波驻留等；而换能器作用就是转变能量。

根据换能器的不同种类将声能发电装置主要分为三种：压电式发电装置，采用压电材料作为换能元件，既入射声波通过时引起压电晶体产生形变，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷产生电动势，通过压电效应实现声能到电能的转换；电磁式发电装置，基于法拉第电磁感应法则，是由固定于磁路中的线圈和可振动的铁磁性部件所组成，当一定频率的声波通过时就会引起线圈或者铁磁性部件的运动，线圈在磁场中切割磁力线时便会产生交变的电流；静电式发电装置，也称电容式换能器为换能元件，由振膜和后极板组成可变电容，入射声波作用到振膜上之后，振膜的振动引起可变电容的变化，从而将声能转换为电能。

现有的电磁式声音发电装置大多使用单个闭合线圈组件进行发电，产生的电能极低，并且发电装置的产电不稳定，不利于能源管理、传输和建造。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种阵列式声音发电装置，采用多个声音发电装置阵列分布，提高声音利用的效率和发电效率，减少安装成本，并且将发电的交流电转化为所需规格的交流电，以解决现有技术中单个发电装置发电能力极低，发电输出端为直流电的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：一种阵列式声音发电装置，包括用于将声波能量转化为电能的换能机构，所述换能机构的输出端连接有用于输出交流电的电能转换模块，所述换能机构包括电能收集池，以及若干个阵列分布在电能收集池内部的发电器，所述发电器的输出端并联连接有导电传输线，所述导电传输线与电能转换模块电性连接，所述电能转换模块输出交流电供用户使用。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电能收集池的内壁上固定设于金属屏蔽网。

作为本实用新型的一种优选方案，所述发电器包括固定安装在电能收集池的底板上的线圈，以及沿着线圈的内腔移动的条形磁铁，所述电能收集池的底板在对应线圈的内腔位置设有压缩弹簧，所述条形磁铁的下端与压缩弹簧固定连接，所述条形磁铁的上端固定设有延展受力板。

作为本实用新型的一种优选方案，所述延展受力板接触声波的吸能面向内凹陷，并且所述延展受力板的面积小于线圈的空腔面积。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电能收集池的底板上还设有用于限制条形磁铁直线移动的三角支架，所述三角支架的每个架杆下端固定倾斜安装在压缩弹簧的外侧，所述三角支架的每个架杆上端安装有滚轮，所述条形磁铁沿着滚轮的表面移动。

作为本实用新型的一种优选方案，电能转换模块包括与导电传输线连接的整流电路，所述整流电路的输出端依次连接有滤波电路和稳压电路，并且所述稳压电路的输出端连接有逆变电路，所述逆变电路的输出端连接有低通滤波器，所述低通滤波器输出所需规格的正弦交流电。

本实用新型的实施方式具有如下优点：

(1)本实用新型将多个声音发电装置呈阵列分布，解决单个发电装置发电能力极低的问题，提高声音利用的效率和发电效率，减少安装成本；

(2)本实用新型的每个发电装置结构稳定，通过压缩弹簧带动磁铁上下移动，可提高发电量，并且在磁铁上下移动过程中，利用支架稳定移动的稳定性，也可提高发电稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施方式中换能机构的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施方式中条形磁铁下移放电的结构示意图；

图3为本实用新型实施方式中条形磁铁上移放电的结构示意图；

图4为本实用新型实施方式中电能转换模块的原理图；

图5为本实用新型实施方式中电能转换模块的电路图；

图中：

1-换能机构；2-电能转换模块；3-导电传输线；4-金属屏蔽网；

11-电能收集池；12-发电器；

21-整流电路；22-滤波电路；23-稳压电路；24-逆变电路；25-低通滤波器；

121-线圈；122-条形磁铁；123-压缩弹簧；124-延展受力板；125-三角支架；126-滚轮。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种阵列式声音发电装置，利用声能进行发电，对噪音进行合理利用，能源清洁，本实施方式将声音发电装置阵列式排布，解决单个发电装置发电能力极低的问题，提高声音利用的效率和发电效率，减少安装成本，节省安装空间，另外将发电装置的输出电源转换为交流电，能更好的使用电能利于传输和并入电网传输，有利于长距离传输和使用的范围。

本实施方式的声音发电装置具体包括用于收集声波能量的集能器，以及将声波能量转化为电能的换能机构1，集能器可模块化接入电能转换机构中可根据使用环境选择增加集能器的个数。

声能发电技术是指通过一个换能器实现声能到电能的转换，而声音发电装置主要由声能收集装置和换能器两部分组成。

本实施方式的集能器具体为声能收集装置，其作用就是采集声音，例如霍尔姆兹共鸣器对入射声波进行收集和放大、利用声学晶体共振腔将入射声波驻留等。

换能机构1即为换能器，作用就是转变能量，根据换能器的不同种类将声能发电装置主要分为三种：压电式发电装置，电磁式发电装置和静电式发电装置。

而本实施方式的换能机构1具体利用电磁式发电装置的原理，根据法拉第电磁感应法则，由固定于磁路中的线圈和可振动的铁磁性部件所组成。

本实施方式利用现有技术的声能收集装置实现对声波的收集、放大和释放驻留，例如专利名称为一种声音收集发送装置，当声波以一定的频率作用在线圈或者铁磁性部件时，就会引起线圈或者铁磁性部件的运动，线圈在磁场中切割磁力线时便会产生交变的电流。

换能机构1包括电能收集池11，以及若干个阵列分布在电能收集池11 内部的发电器12，所述发电器12的输出端并联连接有导电传输线3，所述导电传输线3与电能转换模块2电性连接，所述电能转换模块2输出交流电以供用户使用。

由于现有方案的声音发电装置发电量小，直接将发电机构输出的感应交流电保存，但是一般来说发电机构的感应交流电并不适用于大部分用电单元使用。

而本发明的声音发电装置将每个声音发电机构排列成发电阵列，因此发电量大，为了将发电量合理的应用，需要对声音发电机构的输出电流调制成交流电以供使用。

如图4和图5所示，所述换能机构1的输出端连接有用于将直流电转换为交流电的电能转换模块2，本实施方式的电能转换模块2包括与导电传输线3连接的整流电路21，所述整流电路21的输出端依次连接有滤波电路 22和稳压电路23，所述稳压电路23的输出电流为直流电，所述稳压电路 23的输出端连接有逆变电路24，逆变电路24通过PWM脉宽调制或调频控制方式，将直流电转换为方形波电流，逆变电路24的输出端连接有低通滤波器25，低通滤波器25将方形波电流调制为所需规格的正弦交流电，以供用电器使用。

因此作为本实施方式的主要特征点之一，本实施方式的输出电源为交流电，能更好的使用电能利于传输和并入电网传输，解决输出为直流电的缺陷。

由于单个发电器12对声能的利用率有限，导致单个声音发电装置产生的电能极低，不利于能源的管理和使用。

因此作为本实施方式的主要特征点之二，通过声音发电装置阵列解决单个发电装置发电能力极低的问题，提高声音利用的效率和发电效率，减少安装成本。

如图2和图3所示，发电器12包括固定安装在电能收集池11底板上的线圈121，以及沿着线圈121的内腔移动的条形磁铁122，所述电能收集池 11的底板在对应线圈121的内腔位置设有压缩弹簧123，所述条形磁铁122 的下端与压缩弹簧123固定连接。

根据磁生电的原理，闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在导体上就会产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。

也就是说，当本实施方式的条形磁铁122在线圈121空腔内不断上下移动，线圈121将不断切割条形磁铁122磁感线，从而产生感应电流。

为了保证条形磁铁122能自发的做往复运动，本实施方式在条形磁铁 122的下端与电能收集池11表面之间设置压缩弹簧123，当声波以一定的频率作用在线圈或者铁磁性部件时，条形磁铁122循环上下移动，从而实现持续发电，具体的发电模式如下：

(1)当集能器释放声波时，声波作用在条形磁铁122上，推动条形磁铁122向线圈121的内腔移动，挤压压缩弹簧123变形，此时线圈121则切割磁铁122的磁感线，生成正向感应电流；

(2)当声波停止时，压缩弹簧123的反弹力反向推动条形磁铁122从线圈121的内腔外移，此时线圈121仍然切割条形磁铁122的磁感线，生成反向感应电流；

(3)当集能器以一定频率释放声波时，即使声波停止时，由于压缩弹簧123自身的振荡性，则条形磁铁122在一定时间范围内带动条形磁铁 122往复移动，当声能收集装置再次释放声波，对条形磁铁122增加动能，压缩弹簧123在一定时间范围内实现持续性的发电。

因此作为本实施方式的主要特征点之三，只要选择合适的压缩弹簧 123，使得压缩弹簧123的振荡时间略大于声能收集装置的声波释放频率，保证发电器12的持续性发电操作。

另外，为了避免条形磁铁122对金属弹簧的吸引力，影响金属弹簧的正常反弹力，本实施方式的压缩弹簧123可使用橡胶弹簧或者陶瓷弹簧等非磁性材料的弹簧，减少条形磁铁122的影响，保证弹簧的基本弹性。

作为本实施方式的主要特征点之四，条形磁铁122的上端固定设有延展受力板124，由于条形磁铁122的形状限制，其受力面积相对比较小，为了保证条形磁铁122能接受声波提供的动能，本实施方式特在条形磁铁 122的声能接收端设置延展受力板124，扩大受力面积，提高声能的利用率。

所述延展受力板124接触声波的吸能面向内凹陷，提高吸收声波的面积，增加声音吸收效率，并且所述延展受力板124的面积小于线圈121的空腔面积，保证条形磁铁122可无限制性的在线圈121内移动，从而扩大线圈121切割磁感线数量，在提高声能利用率的同时，提高发电效率。

需要进一步说明的是，由于发电器12阵列分布在电能收集池11的底板上，本实施方式通过电能收集池11的内壁设置金属屏蔽网4，金属屏蔽网4可避免磁感线穿过电能收集池11，使得磁感线集中分布在电能收集池 11的内部，因此提高磁感线的聚集性，增加线圈121切割磁感线的数量，提高发电量。

电能收集池11的底板上还设有用于限制条形磁铁122直线移动的三角支架125，所述三角支架125的每个架杆下端固定倾斜安装在压缩弹簧 123的外侧，所述三角支架125的每个架杆上端安装有滚轮126，所述条形磁铁122沿着滚轮126的表面移动。

为了扩大电能收集池11的使用范围，本实施方式通过三角支架125提高天性磁铁122的安装稳定性，三角支架125提高条形磁铁122稳定性具体的实现方式为：

(1)三角支架125具有三个架杆，对条形磁铁122的三个位置进行限定，电能收集池11在任何方向均实现稳定使用，条形磁铁122不会在线圈 121的内腔内发生位置偏移；

(2)当条形磁铁122在线圈121的内腔移动时，三角支架125起到限位功能，保证条形磁铁122在线圈121内水平移动，提高磁感线切割数量，提高发电率；

(3)当条形磁铁122在线圈121的内腔移动时，条形磁铁122沿着滚轮126的表面移动，滚轮126可降低条形磁铁122在移动时受到的摩擦力，保证条形磁铁122的位移稳定性。

需要特别说明的是，在条形磁铁122的下端设有挡板，条形磁铁122 在压缩弹簧123的作用下上移时，挡板作为滚轮126的阻碍物，可避免条形磁铁122从滚轮126内逃落，提高条形磁铁122上下移动的稳定性。

因此作为本实施方式的主要特征点之五，本实施方式通过三角支架 125对条形磁铁122进行位置限定，提高发电器12的使用稳定性，保证条形磁铁122在线圈121内水平移动，同时保证条形磁铁122的位移稳定性，提高磁感线切割数量，提高发电率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种阵列式声音发电装置，包括用于将声波能量转化为电能的换能机构(1)，其特征在于：所述换能机构(1)的输出端连接有用于输出交流电的电能转换模块(2)，所述换能机构(1)包括电能收集池(11)，以及若干个阵列分布在电能收集池(11)内部的发电器(12)，所述发电器(12)的输出端并联连接有导电传输线(3)，所述导电传输线(3)与电能转换模块(2)电性连接，所述电能转换模块(2)输出交流电供用户使用。

2.根据权利要求1所述的一种阵列式声音发电装置，其特征在于：所述电能收集池(11)的内壁上固定设于金属屏蔽网(4)。

3.根据权利要求1所述的一种阵列式声音发电装置，其特征在于：所述发电器(12)包括固定安装在电能收集池(11)的底板上的线圈(121)，以及沿着线圈(121)的内腔移动的条形磁铁(122)，所述电能收集池(11)的底板在对应线圈(121)的内腔位置设有压缩弹簧(123)，所述条形磁铁(122)的下端与压缩弹簧(123)固定连接，所述条形磁铁(122)的上端固定设有延展受力板(124)。

4.根据权利要求3所述的一种阵列式声音发电装置，其特征在于：所述延展受力板(124)接触声波的吸能面向内凹陷，并且所述延展受力板(124)的面积小于线圈(121)的空腔面积。

5.根据权利要求3所述的一种阵列式声音发电装置，其特征在于：所述电能收集池(11)的底板上还设有用于限制条形磁铁(122)直线移动的三角支架(125)，所述三角支架(125)的每个架杆下端固定倾斜安装在压缩弹簧(123)的外侧，所述三角支架(125)的每个架杆上端安装有滚轮(126)，所述条形磁铁(122)沿着滚轮(126)的表面移动。

6.根据权利要求1所述的一种阵列式声音发电装置，其特征在于：所述电能转换模块(2)包括与导电传输线(3)连接的整流电路(21)，所述整流电路(21)的输出端依次连接有滤波电路(22)和稳压电路(23)，并且所述稳压电路(23)的输出端连接有逆变电路(24)，所述逆变电路(24)的输出端连接有低通滤波器(25)，所述低通滤波器(25)输出所需规格的正弦交流电。

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