專利名稱：一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及聲波技術領域，具體的說，是一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器。
背景技術：
目前，聲波發電屬于一種新型的發電方式，尚處于發展階段，能應用于生產、生活的聲電轉換系統不是很多。而較多用于對聲音的米集和感應的聲電器材只是注重聲音的質量和真實的輸出，無法采集并充分利用聲音中的能量。已知的一些通過聲能發電的設備存在以下不足之處:I)數量小且大多數結構復雜，或體積較大，不便于廣泛應用。2)現有大多數聲電轉換技術無法有效進行聲能和電能的轉換。3)即使能夠轉換也僅局限于電信號，無法產生可輸出并應用的實際電能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，它能依靠所接收的聲能產生振動，同時利用該裝置內部的發電線圈隨著聲音振動來切割磁體的磁感線，從而達到產生電能的目的。此外，本發明可作為實驗裝置獨立工作，或者大規模的使用來產生可應用的實際電能，還可以作為檢測設備或儀器的聲音采集裝置。本發明也可以應用于高速公路、飛機場、大型機械廠房等具有較大且持續的聲音環境中，因而在能量收集、發電以及減少噪聲污染等方面有著廣泛的應用。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案。一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，包括:連接面、紙盆、盆架、紙盆與盆架的連接體、發電線圈、輸電導線 、磁體、平衡彈簧、底座、外殼和輸電目標設備；所述連接面的一側與紙盆相連，另一側與發電線圈相連；所述紙盆用于接收外部環境所產生的聲能而進行振動，并且將振動通過所述連接面傳遞至發電線圈，使發電線圈也振動；所述紙盆與盆架的連接體用于使紙盆受到聲能作用向內側運動后能夠恢復至原來的位置；所述盆架與外殼相連；所述輸電導線的一端連接于所述發電線圈的兩端，另一端穿過底座，與所述輸電目標設備連接；所述磁體固定于底座上，且磁體的一端插入所述發電線圈中；所述平衡彈簧的一端與所述連接面相連接，另一端與所述底座相連；所述底座與外殼固接。進一步，所述紙盆與盆架的連接體采用彈性材料制成。進一步，所述發電線圈為多個內部串聯的線圈，且呈空心圓柱狀。進一步，所述磁體為多個實心圓柱體的磁體。進一步，所有所述磁體的同一端的極性是相同的。進一步，所述盆架呈喇叭狀。 進一步，所述底座采用與磁體相同材質的材料制成。進一步，在所述底座上設有一圓柱形的導線槽，使所述輸電導線沿著所述導線槽穿出底座，并且連接至所述輸電目標設備。
本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器的積極效果是:
(I)該裝置內部的發電線圈隨著聲音振動來切割磁體的磁感線，從而達到產生電能的效果。(2)通過紙盆與盆架間的彈性材料以及平衡彈簧的共同作用，不僅平衡振動部分的重量，而且可以減少聲能損失，使得該裝置能夠充分利用紙盆所接收的聲能，產生更有效的振動，從而提聞發電效率和使用壽命。(3)結構簡單、聲電轉換效率較高、成本較低、便于廣泛應用。(4)可以置于噪音環境(例如機場、高速公路、大型機械廠房、部分娛樂場所、射擊訓練場地等)中，有效地收集聲音中的能量，從而達到“資源”的回收利用和可持續發展。(5)可以作為檢測機械設備故障的儀器，替代人工聽取設備的運行聲音以判斷設備的性能，從而提聞判斷效率，減少誤差。(6)本發明可以作為一個裝置，多個相同的裝置組合成一個聲電轉換系統，從而可以大量接收聲能并將其轉化為可供人們日常使用的電能。本發明也可以單獨工作，其置于大型機械廠房中，并通過所輸出的電能特性以檢測機械運行的情況。
圖1是本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器的結構分解示意 圖2是本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器部分構件組裝后的側視 圖3是本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器發電部分的結構示意圖； 圖中的標號分別表示:`
1、連接面；2、紙盆；3、紙盆與盆架的連接體；4、盆架；
5、發電線圈；6、輸電導線；7、磁體；8、底座；
9、外殼；10、輸電目標設備；11、平衡彈簧；12、導線槽。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器的實施方式做詳細說明。參見圖1，一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，包括連接面1、紙盆2、盆架
4、紙盆與盆架的連接體3、發電線圈5、輸電導線6、磁體7、底座8、外殼9、輸電目標設備10、平衡彈簧11和導線槽12。所述連接面I的一側與紙盆2相連，另一側與發電線圈5相連。所述連接面I采用與紙盆2類似，但其硬度略高的材質制成，用以支撐發電線圈5。在所述連接面I的一側，即發電線圈5的同側，與平衡彈簧11連接。所述平衡彈簧11平衡連接面I和與所述連接面I相連部件的重量，使這些部件能夠較好地完成振動動作。所述紙盆2接收外部環境中目標對象所產生的聲波沖擊。當所述紙盆2接收聲波沖擊后會進行一定幅度的振動，即朝著連接面I運動，同時壓縮置于紙盆2和盆架4間的彈性材料以及平衡彈簧11。當紙盆2所接收的聲波沖擊減弱或停止時，紙盆2和盆架4間的彈性材料和平衡彈簧11之前所儲存的彈性勢能會得到釋放，從而完成振動，并且將振動通過所述連接面I傳遞至發電線圈5，使發電線圈5進行振幅大致相同的振動。
所述紙盆與盆架的連接體3的形狀與紙盆2大致相同，其采用彈性材料制成，并且充滿于紙盆2和盆架4間，與平衡彈簧11相互配合，能夠使得紙盆2受到聲波沖擊后向內偵儀朝著連接面I)運動后能夠恢復至原來的位置，完成振動。同時所述紙盆與盆架的連接體3起到支撐紙盆2、連接面I和發電線圈5的作用，使紙盆2、連接面I和發電線圈5通過紙盆與盆架的連接體3與盆架4相連接，除此之外不與其他部件相互接觸，以防止不必要的摩擦，從而增加有效振動數量。若上述的紙盆2、連接面I和發電線圈5與周圍其他部件接觸，就會造成摩擦，導致所接收的聲能無法產生明顯的振動，而且無法產生明顯的電流，進而使部分振動失去效果。所述盆架4呈喇叭狀，其具有一定的硬度，且與外殼9相連，通過連接紙盆與盆架的彈性材料(即紙盆與盆架的連接體3)支撐連接面1、紙盆2，并且間接支撐發電線圈5，同時對聲波發電器的內部部件也起到保護作用。在本實施例中，所述發電線圈5為多個(例如5個)內部串聯的線圈，且呈空心圓柱狀。而在其他實施例中，可根據實際應用情況配置相應個數的線圈。發電線圈5工作時套在磁體7的外圍，但不與磁體7接觸，且不與磁體7完全重合，參見圖3所示。所述發電線圈5的匝圈主要集中于磁體7的前端附近(即靠近連接面1，遠離底座8)，這樣既可以充分利用磁體7周圍的磁場，又可以相對減少發電線圈5的重量，于是可以防止因發電線圈5的偏斜而與周圍部件相接觸并產生摩擦。當聲波發電器工作時，利用連接面I來傳遞振動，使得發電線圈5切割磁體7前端相對較密的磁感線，根據電磁感應原理，發電線圈5產生電流，并且通過輸電導線6輸出至輸電目標設備10。所述輸電導線6的一端連接于所述發電線圈5的兩端，另一端通過設置在底座上的導線槽12而穿過底座8，并與所述輸電目標設備10連接。所述輸電導線6可以根據不同的實際應用，選擇配置不同型號的導線。此外，在外殼9內的部分輸電導線6保持一定程度的松弛，于是可以防止當輸電導線6緊繃時，影響發電線圈5的運動。所述磁體7固定于底座8上,且磁體7的前端插入所述發電線圈5中，參見圖2所示。在本實施例中，所 述磁體7為多個(例如5個)實心圓柱體的磁體。所述磁體7也可以根據實際需要配備相應個數的磁體，但其位置應該與發電線圈5相對應，以保證能夠使發電線圈5套在磁體7上。每一磁體7對應每一個發電線圈5。多個套在發電線圈5中的磁體7的同一端的極性是相同的，而且所述磁體7均勻分布在以底座8中心(或重心點)為圓點的一圓周上。所述磁體7前端插入發電線圈5中，利用磁體7前端相對較集中的磁感線(較強的磁場)使得發電線圈5的振動能夠被充分利用，從而能夠高效地產生電能。在本發明較佳實施方式中，所述磁體7可以為由多個永磁體層(圖中未示)和金屬層(圖中未示)間隔排列所構成。由于永磁體層和金屬層交替排列設置，使得金屬層(軟磁材料)被磁化后與永磁體層相互吸附形成的一個整體的磁體。這樣，在降低成本(永磁體成本高于一般的軟磁材料)的同時，形成有利于發電線圈5切割磁感線而產生電流的磁場。所述底座8用于固定磁體7。在所述底座8的內側設有一導線槽12,使所述輸電導線6沿著所述導線槽12穿出底座8，并且連接至所述輸電目標設備10。通過設置導線槽12，可以防止輸電導線6被平衡彈簧11或外殼9擠壓而使整個裝置損壞。所述底座8的內側與平衡彈簧11相連接，不僅對平衡彈簧11起到固定的作用，而且支撐著平衡彈簧11，使其發揮所需的作用。在本實施例中，所述底座8采用與磁體7相同材質的材料制成，這樣可以增強磁體7所產生的磁性，進而提高發電線圈5對聲能的利用率。此外，還可以在一定程度上增強所述聲波發電器的穩定性，避免因振動而使其傾倒。同時，所述底座8與外殼9固接，使得所述聲波發電器的所有部件連成一體。所述平衡彈簧11的一端與所述連接面I相連，另一端與底座8相連，用于平衡連接面1、紙盆2和發電線圈5的部分重量。所述平衡彈簧11和連接紙盆與盆架的彈性材料(即紙盆與盆架的連接體3)相互配合，使得連接面1、紙盆2、發電線圈5處于平衡狀態，從而達到即使接收到較小的聲波沖擊仍可以有效地進行一定幅度振動的效果。也就是說，通過使用具有一定彈性特征的平衡彈簧11來平衡紙盆2、連接面1、發電線圈5的重力，以使紙盆2、連接面1、發電線圈5處于合適的位置(如圖所示)，從而提高發電效率。所述外殼9用于對聲波發電器整個裝置起保護作用，同時通過支撐盆架4間接地支撐發電線圈5、紙盆2等部件。所述輸電目標設備10用于在所述聲波發電器所接收到的聲能轉換成電能后，進行收集、調整和輸出。或者，通過所輸出的電能來分析出聲波發電器所接收到的聲能所具有的特性，并配合計算機的分析處理，以達到檢測機械設備故障的目的。若在使用過程中，若產生不均勻電流或電壓，可通過輸電目標設備10 (此種情況下該輸電目標設備10具有濾波、整流等功能)進行調節。若該聲波發電器所產生的感應電流、電壓過小，超出所述輸電目標設備10的調節范圍時，其發電作用可忽略不計，并且將該聲波發電器視為閑置狀態。由于所述聲波發電器所收集的外部聲波為不斷變化的，故其產生的電流為在一定范圍內變化的交流電，并經過輸電目標設備10內相應電路的整流作用，以對輸電目標設備10內的蓄電池(圖中未示)進行充電，使得所述聲波發電器所產生的電能轉變為化學能。同時通過對輸電目標設備10進行調整(調整的性能以及可調整的范圍是根據所述聲波發電器各個部件的選用及制造工藝而不斷優化)，使通過輸電目標設備10調整后的電流為規則、穩定的電流。輸電目標設備10在一定條件下(達到設定時間或電能)集中輸出，即通過輸電目標設備10中的逆變裝置，把蓄電池中的化學能轉變為220V交流電，進而保證外部設備的穩定使用。所述聲波發電器通過一呈喇叭狀的紙盆2接收聲能，并且將該聲能通過一連接面I進行傳遞，使得與所述連接面I相連的發電線圈5做一定幅度的振動。當紙盆2接收聲波沖擊后會向后端運動，同時壓縮置于紙盆和盆架間的彈性材料和平衡彈簧11。當紙盆2所接收的聲波沖擊減弱或停止時，紙盆和盆架間的彈性材料和平衡彈簧11之前所儲存的彈性勢能將會得到釋放，從而完成振動。由于在所述聲波發電器內部的適當位置安裝有多個圓柱狀的磁體7，使得與紙盆2同步振動的發電線圈5切割所述磁體7周圍的磁感線，于是根據電磁感應原理，發電線圈6產生一定量的電流。若將多個所述聲波發電器通過組合方式整合在一起而形成一聲電轉換系統，該整個聲電轉換系統可以輸出用于生產、生活的電能。此外，也可以收集所述聲波發電器所輸出的電信號，并且通過計算機程序對其進行分析，從而達到檢測機械設備是否正常運行的目的。以下將通過兩個實施例進一步說明所述聲波發電器的特點。實施例1:
在機場等具有較大噪音的區域，將多個聲波發電器安裝在金屬板上，所述聲波發電器對著聲源處。所述聲波發電器的 紙盆2因受到噪音等聲能的作用而進行一定幅度的振動，進而帶動發電線圈5的同步振動，使得發電線圈5的振動來切割磁體7的磁感線，并且產生電能。所產生的電能通過輸電導線6傳送至輸電目標設備10。由于是多個聲波發電器共同工作，因此，可以將多個聲波發電器所輸出的電流匯入至同一個輸電目標設備10。接著，通過該輸電目標設備10的整合輸出至供電設備。實施例2:
在復雜的大型機械設備的外殼上或內部中設置所述聲波發電器，且不影響機械設備的工作。所述聲波發電器收集所述機械設備所發出的噪音，轉化為電信號輸出至輸電目標設備10，并且提供計算機分析處理，即對所采集的實際電信號與在計算機內部預設定的參考電信號進行比較，其中預設定的參考電信號是在機械設備正常工作時所采集轉換而得到的。于是，通過計算機分析出實際電信號的特征來判斷所述機械設備是否工作正常。以上所述僅是本發明的優選實施例，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明結構的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的 保護范圍。
權利要求
1.一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，包括:連接面、紙盆、盆架、紙盆與盆架的連接體、發電線圈、輸電導線、磁體、平衡彈簧、底座、外殼和輸電目標設備；所述連接面的一側與紙盆相連，另一側與發電線圈相連；所述紙盆用于接收外部環境所產生的聲能而進行振動，并且將振動通過所述連接面傳遞至發電線圈，使發電線圈也振動；所述紙盆與盆架的連接體用于使紙盆受到聲能作用向內側運動后能夠恢復至原來的位置；所述盆架與外殼相連；所述輸電導線的一端連接于所述發電線圈的兩端，另一端穿過底座，與所述輸電目標設備連接；所述磁體固定于底座上，且磁體的一端插入所述發電線圈中；所述平衡彈簧的一端與所述連接面相連接，另一端與所述底座相連；所述底座與外殼固接。
2.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所述紙盆與盆架的連接體采用彈性材料制成。
3.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所述發電線圈為多個內部串聯的線圈，且呈空心圓柱狀。
4.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所述磁體為多個實心圓柱體的磁體。
5.根據權利要求5所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所有所述磁體的同一端的極性是相同的。
6.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所述盆架呈喇叭狀。
7.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，所述底座采用與磁體相同材質的材料制成。
8.根據權利要求1所述的一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，其特征在于，在所述底座上設有一圓柱形的導線槽，使所述輸電導線沿著所述導線槽穿出底座，并且連接至所述輸電目標設備。
全文摘要
本發明一種具有彈性位置校正功能的聲波發電器，包括連接面、紙盆、盆架、紙盆與盆架的連接體、發電線圈、輸電導線、磁體、底座、外殼和輸電目標設備；所述連接面的一側與紙盆相連，另一側與發電線圈相連；所述紙盆用于接收外部環境所產生的聲能而進行振動，并且將振動通過所述連接面傳遞至發電線圈，以使發電線圈也振動；所述紙盆與盆架的連接體用于使紙盆受到聲能作用向內側運動后能夠恢復至原來的位置；所述盆架與外殼相連；所述輸電導線的一端連接于所述發電線圈的兩端，另一端穿過底座，與所述輸電目標設備連接；所述磁體固定于底座上，且磁體的一端插入所述發電線圈中；所述底座與外殼固接。
文檔編號H02K35/04GK103248191SQ201310176759
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月14日 優先權日2013年5月14日
發明者吉曉樂, 關宇晨, 潘景齊, 笪建懌, 杜浩明 申請人:上海電機學院