专利名称：噪声发电装置及发电方法
技术领域：
本发明涉及一种噪声发电装置和应用这种装置工作的噪声发电方法，用于把环境 中的噪声转换为电能。
背景技术：
随着人民生活水平的提高和现代化工业社会的发展，我们对能源的需求越来越 大，能源消耗的增加致使能源紧缺和环境污染问题日益突出。对太阳能、热能、机械能、化学 能、生物能和声能等环境中存在的潜在可再生能源的利用将是解决能源问题的一种有效途径。环境中的噪声是一种具有相当能量值的潜在能源，且噪声的来源非常广泛，噪音 污染对人们的生活和健康也有很大的影响。目前有很多消除噪声的方法，在一定程度上减 弱了噪声污染对人们的危害，但却不能将这种潜在能源加以有效利用。因此需要寻求一种 既可以消除噪声又可以将之有效利用的方法和装置。中国发明专利200710123086. 7公开了一种“声能发电方法及装置”，该声能发电 装置将多个声电换能器排列成组，实现了声能到电能的转换。但至今未见有利用声学霍尔 姆兹共鸣器和声电换能器相结合，将入射噪声先放大再转换的噪声发电方法及基于这种方 法工作的噪声发电装置。
发明内容
技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种利用声学霍尔姆兹共鸣器将噪声 进行声压放大，再由声电换能器实现声能到电能转换的噪声发电装置，以及基于这种装置 工作的噪声发电方法。技术方案为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为—种噪声发电装置，该装置包括声波导管、与声波导管耦合的声电转换单元和与 该声电转换单元连接的输出总线；其中，声电转换单元包括由小孔和圆柱形空腔组成的声学霍尔姆兹共鸣器、位于 该空腔末端的声电换能器，小孔在声波导管的管壁四周以矩阵形式排列；圆柱形空腔固定于声波导管管壁，且圆柱形空腔和小孔的对称轴在一条直线上；声电换能器通过引出导线与输出总线相连。优选的，所述声波导管的管壁的厚度等于小孔的长度。优选的，所述声电换能器的直径等于空腔的内径。优选的，所述声电换能器是电磁式换能器、压电式换能器或静电式换能器。优选的，所述声波导管为一端封闭的矩形声波导管。本发明还提供了噪声发电方法，该方法包括如下步骤步骤1 根据不同频带范围的噪声源，设计声电转换单元的结构尺寸，使声学霍尔姆兹共鸣器的共振频率和声电换能器的固有频率都处于噪声源主频频带内；
步骤2 —定频带范围的噪声进入声波导管，由声波导管管壁四周的小孔进入声学霍尔姆兹共鸣器进行放大；步骤3 在声学霍尔姆兹共鸣器空腔内被放大的波动声压作用于声电换能器的振 膜，振膜产生与波动声压同频率的振动，从而实现声能到电能的转换。有益效果根据本发明提供的噪声发电方法而设计的噪声发电装置可以将环境中 的噪声转换为电能，在一定程度上也消除了噪声。与现有的声能发电装置相比，本装置利用 声学霍尔姆兹共鸣器将噪声进行声压放大，再由声电换能器实现声能到电能转换，具有较 高的输出电功率，是一种频带可选、可集成的高效噪声发电装置。
图1是本发明噪声发电装置的结构示意图；图2是本发明噪声发电装置的A-A截面简图；图3是本发明噪声发电装置声电转换单元的结构示意图；以上的图中有声波导管1，声电转换单元2，声学霍尔姆兹共鸣器3，电磁式换能 器4，小孔5，空腔6，引出导线7，输出总线8。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明提供的噪声发电装置由声波导管、声电转换单元及输出总线组成。其中声 电转换单元由声学霍尔姆兹共鸣器和电磁式换能器组成，在声波导管四周以矩阵形式排 列，并通过导线接入输出总线。入射噪声声波经声波导管传播，进入声学霍尔姆兹共鸣器进 行声压放大，再通过电磁式换能器转换为电能，把所有的声电转换单元集成起来，能得到较 大的输出电功率。根据装置工作环境中噪声源主频频带设计声电转换单元的结构尺寸，使 声学霍尔姆兹共鸣器的共振频率和电磁式换能器的固有频率都处于该主频频带内，则装置 工作时声电转换单元处于谐振状态，声电转换的效果最好。本装置利用声学霍尔姆兹共鸣 器和电磁式换能器相结合，具有较高的输出电功率，是一种频带可选、可集成的高效噪声发 电装置。下面将详细介绍本发明。参见图1-3，本发明提供的噪声发电装置，该装置包括声波导管1、与声波导管1耦 合的声电转换单元2和与该声电转换单元2连接的输出总线8。其中，声电转换单元2包括由小孔5和圆柱形空腔6组成的声学霍尔姆兹共鸣器 3、位于该空腔6末端的电磁式换能器4。小孔5在声波导管1的管壁四周以矩阵形式排列。圆柱形空腔6固定于声波导管1管壁，且圆柱形空腔6和小孔5的对称轴在一条 直线上。电磁式换能器4通过引出导线7与输出总线8相连。所述声波导管1的管壁的厚度等于小孔5的长度。所述电磁式换能器4的直径等于空腔6的内径。所述声波导管1和声学霍尔姆兹共鸣器3由有机玻璃等防振能力较强且易于加工 的材料制成，以防止被声信号激发而产生结构振动。声波导管1为一端封闭的矩形声波导
根据该装置工作环境中的噪声源主频频带，设计声学霍尔姆兹共鸣器3的结构尺 寸，使其共振频率处于该主频频带内。设计电磁式换能器4的结构尺寸，使其固有频率接近声学霍尔姆兹共鸣器3的共 振频率，亦处于装置工作环境中噪声源主频频带内，且电磁式换能器4的直径等于声学霍 尔姆兹共鸣器圆柱形空腔6的内径。根据所设计的结构尺寸，选取声波导管1管壁的厚度，使其等于小孔5的长度。在 声波导管1管壁四周打出一系列所设计孔径的小孔，小孔在声波导管1上以矩阵形式排列。 再把各个圆柱形空腔6固定于声波导管1管壁，且圆柱形空腔6和小孔5的对称轴在一条 直线上。如果所设计的共鸣器小孔5长度较长，亦可在声波导管1与圆柱形空腔6之间以 另加细管的形式来组成声学霍尔姆兹共鸣器3。用电磁式换能器4替代声学霍尔姆兹共鸣 器圆柱形空腔6的底板，并使其密封良好。引出导线7从电磁式换能器4的线圈引脚引出， 接入输出总线8。本发明提供的噪声发电方法，该方法包括如下步骤步骤1 根据不同频带范围的噪声源，例如飞机引擎噪声、电动机噪声、机械加工 噪声等，设计声电转换单元2的结构尺寸，使声学霍尔姆兹共鸣器3的共振频率和电磁式换 能器4的固有频率都处于噪声源主频频带内；步骤2 —定频带范围的噪声进入声波导管1，由声波导管1管壁四周的小孔5进 入声学霍尔姆兹共鸣器3进行放大；步骤3 在声学霍尔姆兹共鸣器3空腔6内被放大的波动声压作用于电磁式换能 器4的振膜，振膜产生与波动声压同频率的振动，从而实现声能到电能的转换，且此时电磁 式换能器处于谐振状态，声电转换的效果最好。上述方法由于每一个声电转换单元的输出电功率比较小，因此把所有的声电转换 单元集成起来，就可以得到所需要的较大的输出电功率。除电磁式换能器外，压电式换能器、静电式换能器也可以应用此方法和装置，达到 相同的效果。
权利要求
一种噪声发电装置，其特征在于该装置包括声波导管(1)、与声波导管(1)耦合的声电转换单元(2)和与该声电转换单元(2)连接的输出总线(8)；其中，声电转换单元(2)包括由小孔(5)和圆柱形空腔(6)组成的声学霍尔姆兹共鸣器(3)、位于该空腔(6)末端的声电换能器(4)，小孔(5)在声波导管(1)的管壁四周以矩阵形式排列；圆柱形空腔(6)固定于声波导管(1)管壁，且圆柱形空腔(6)和小孔(5)的对称轴在一条直线上；声电换能器(4)通过引出导线(7)与输出总线(8)相连。
2.根据权利要求1所述的噪声发电装置，其特征在于所述声波导管(1)的管壁的厚 度等于小孔(5)的长度。
3.根据权利要求1所述的噪声发电装置，其特征在于所述声电换能器(4)的直径等 于空腔(6)的内径。
4.根据权利要求1所述的噪声发电装置，其特征在于所述声电换能器(4)是电磁式 换能器、压电式换能器或静电式换能器。
5.根据权利要求1所述的噪声发电装置，其特征在于所述声波导管(1)为一端封闭 的矩形声波导管。
6.一种用于权利要求1所述的噪声发电装置的噪声发电方法，其特征在于该方法包 括如下步骤步骤1 根据不同频带范围的噪声源，设计声电转换单元(2)的结构尺寸，使声学霍尔 姆兹共鸣器(3)的共振频率和声电换能器(4)的固有频率都处于噪声源主频频带内；步骤2:—定频带范围的噪声进入声波导管(1)，由声波导管(1)管壁四周的小孔(5) 进入声学霍尔姆兹共鸣器(3)进行共鸣放大；步骤3:在声学霍尔姆兹共鸣器(3)空腔(6)内被放大的波动声压作用于声电换能器 (4)的振膜，振膜产生与波动声压同频率的振动，从而实现声能到电能的转换。
全文摘要
本发明涉及一种噪声发电装置及发电方法，该装置包括声波导管(1)、与声波导管(1)耦合的声电转换单元(2)和与该声电转换单元(2)连接的输出总线(8)；其中，声电转换单元(2)包括由小孔(5)和圆柱形空腔(6)组成的声学霍尔姆兹共鸣器(3)、位于该空腔(6)末端的声电换能器(4)；小孔(5)在声波导管(1)的管壁四周以矩阵形式排列；圆柱形空腔(6)固定于声波导管(1)管壁，且圆柱形空腔(6)和小孔(5)的对称轴在一条直线上。本装置利用声学霍尔姆兹共鸣器和声电换能器相结合，具有较高的输出电功率，是一种频带可选、可集成的高效噪声发电装置。
文档编号H02N2/18GK101841255SQ20101014974
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者吴宵军, 李勤, 董卫, 陈艳, 魏娴 申请人:东南大学