汽車車載噪聲發電裝置製造方法
2023-11-05 18:35:37 1
汽車車載噪聲發電裝置製造方法
【專利摘要】本發明是一種汽車車載噪聲發電裝置，其包括車載噪聲收集單元、聲電轉換單元和電能存儲單元，其中：根據汽車不同部位的噪聲及結構特點採用不同的布置方式以及收集裝置。該裝置主要結構包括：汽車噪聲收集單元中的噪聲收集器和聲波導管，聲電轉換單元中的聲壓放大器和聲電轉換器，以及電能存儲單元中的電流調理裝電路、電能存儲器和車載蓄電池。本發明在不影響汽車正常行駛性的前提下達到了把汽車噪聲能量的轉換為可供使用的電能的目的，實現了浪費能量的再利用。本發明還具有發電效率高，結構簡單，安裝方便，可行性大，佔用體積小，可靠性好等優點。
【專利說明】汽車車載噪聲發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及能量再生領域，特別是涉及各類汽車的車載噪聲發電的裝置。
【背景技術】
[0002]噪音汙染對人們生活和健康有相當大的危害，在汽車大量普及產量逐年上升的當今社會，汽車行駛噪聲汙染已經成為一個不可忽視的問題。在考慮噪聲作為一種環境汙染的同時，必須認識到噪聲也是一種具有相當能量值的潛在能源，例如噪聲達到160dB (A)的噴氣式飛機，其聲功率約為IOkW;噪聲達到140dB (A)的大型鼓風機，其聲功率為100W，汽車、音響等聲源產生的噪聲也具有很大的能量值。為了改善人們的生活環境並將這部分能量回收利用，我們採用聲能發電裝置，將汽車行駛過程中產生的噪聲轉化為電能，這樣不僅可以有效地降低汽車行車噪聲，而且可以變噪聲汙染為資源有效地加以利用。目前聲電轉換技術已經日趨成熟，能量的轉換效率也在不斷提高，而且國內外已有關於噴氣式飛機和大型輪船柴油機組的噪聲發電的試驗和研究，並取得了一定成效。但至今未出現關於汽車車載噪聲發電的裝置和方法。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是:提供一種在降低噪聲汙染的同時實現汽車噪聲能源回收再利用的汽車車載噪聲發電裝置。
[0004]本發明解決其技術問題採用以下的技術方案:
[0005]本發明提供的汽車車載噪聲發電裝置，主要包括:由噪聲收集器和聲波導管組成的噪聲收集單元、由聲壓放大器和聲電轉換器組成的聲電轉換單元，以及由電流調理電路(導線依次相連的電壓放大電路、整流濾波調理電路和電能儲存器)和車載蓄電池組成的電能存儲單元組成。
[0006]所述的噪聲收集器可以採用號筒型噪聲收集器。
[0007]所述的號筒型噪聲收集器，在其大、小頭開口處分別設有防塵土的前擋泥網和後擋泥網，在其中段設有噪聲收集器固定環槽。
[0008]所述的聲壓放大器是以橢形空腔為母體，空腔一端為進聲口，另一端為振動膜，輸出機械振動波，振動膜處與聲電轉換器相連。
[0009]所述的聲電轉器可以米用由永磁體和圓形音圈組成的動圈式聲電換能器，其中永磁體產生磁場，再由經聲壓放大器放大的聲波帶動聲壓放大器的振動膜振動，振動膜的振動帶動圓形音圈移動切割磁感線，實現聲能轉換成電能。
[0010]所述的整流濾波調理電路可以是由電壓放大電路和全橋式整流電路構成，將汽車噪聲聲電轉單元產生的不穩定的、小信號交流電，整流成可供存儲充電的直流電。
[0011]所述的電能儲存器採用型號可以為PC10-2702.5V MAXWELL超級電容。
[0012]所述的聲壓放大器材料可使用與汽車空氣濾清器中諧振器材料相同材料一PP類的塑料材料，聲波導管材料可使用與市場上聲波導管耳機中導管材料相同材料——複合塑料軟管。
[0013]本發明提供的上述汽車車載噪聲發電裝置，其用途是:所產生的電能供給汽車車載蓄電池用電，所供電量可支持小轎車或者公交車的喇叭用電和車內燈的照明。
[0014]本發明與現有技術相比具有以下主要的優點:
[0015]1.可行性、實用性強，可以在不影響汽車正常行駛的前提下能實現噪聲能源的再生利用。
[0016]揚聲器與麥克風的聲電轉換通常採用動圈式換能器，用以實現聲信號與電信號之間的轉換，具有結構簡單、穩定可靠安裝方便、固有噪聲小等優點。人交談時的聲壓大約為40-60dB左右，而在車輛開空調情況下，怠速或低速行駛過程中車外的噪聲值在70-80dB(A)之間，而在車輛急加速或高速行駛過程中的車外噪聲聲壓級達到了 IOOdB (A)以上。而本裝置直接安放於各噪聲源處，噪聲源產生的噪聲未經過降噪處理直接被本發明的噪聲收集裝置收集利用，且聲波在傳遞過程中由於聲反饋幹擾產生的抑制的損失通常在IOdB (A)左右。除去噪聲聲能的損失，可利用聲壓(大於人交談時的聲壓)仍處於可再生利用範圍，故與揚聲器與麥克風的聲電轉換進行類比，本裝置的可行性、實用性強:此外本裝置設計嚴謹，不會在汽車行駛過程中產生額外的風阻，亦不會在噪聲收集過程中因為聲波信對汽車相關結構的激發產生共振，因而不會對汽車的正常行駛產生任何影響，即可以在不影響汽車正常行駛性的前提下能實現資源的再生。
[0017]2.針對性強、轉換效率高。
[0018]汽車行駛過程中,產生的主要噪聲包括:發動機結構振動噪聲、進、排氣噪聲、風扇噪聲、輪胎噪聲和車體振動噪聲。本發明裝置根據各部分噪聲頻率、噪聲聲壓等級以及車輛結構的實際情況，針對汽車發動機噪聲、風扇噪聲和輪胎噪聲的差異噪聲分別採用獨立的噪聲收集裝置進行噪聲的收集和轉換發電，具有針對性強及轉換效率高的優點。
[0019]3.結構簡單、佔用體積小，可靠性好，安裝方便。
[0020]本裝置由噪聲收集裝置、聲電轉換單元和電能存儲單元組成，結構簡單，裝置各單元主要部件技術成熟，可在市場方便購買，成本低廉，可靠性好。還可根據不同車型選定相應噪聲發電裝置的型號，以滿足不同層次的需要。此外發明裝置安裝位置巧妙合理，佔用體積小，吸聲效果明顯，安裝方便。
[0021]總之，本發明具有結構簡單，轉化效率高，成本低廉且不會對汽車運行造成任何影響等突出特點，同時也是對綠色汽車設計理念的延伸和探索。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明汽車噪聲發電裝置原理圖；
[0023]圖2是本發明汽車噪聲發電裝置車體布置位置主視圖；
[0024]圖3是本發明汽車噪聲發電裝置車體布置位置側視圖；
[0025]圖4是本發明汽車噪聲發電裝置車體布置位置俯視圖；
[0026]圖5是位於前車輪位置的車載噪聲發電裝置的結構連接示意圖；
[0027]圖6是噪聲收集單元與聲電轉換單元的結構示意圖；
[0028]圖7是噪聲收集裝置結構尺寸示意圖；
[0029]圖8是圖7的左視圖。[0030]圖9是動圈式聲電轉換器的原理不意圖；
[0031]圖10是噪聲收集器四腳固定支架結構示意圖。
[0032]圖11是圖10的俯視圖。
[0033]圖中:1.噪聲收集器；2.聲波導管；3.聲壓放大器；4.聲電轉換器；5.前擋泥網；
6.後擋泥網；7.噪聲收集器固定環槽；8.車輪；9.車輪葉子板內襯；10.發動機散熱器；
11.發動機體；12.電流調理電路；13.車載蓄電池；14.振動膜；15.圓形音圈；16.永磁體；
17.固定齒槽；18.固定環扣孔；19.固定支架腳；20.塑料椎體連接螺母；21.內螺紋軟管連接器；22.橡膠密封圈。
【具體實施方式】
[0034]為了更好地理解本發明，下面結合具體的實施例和附圖進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
[0035]本發明提供的汽車車載噪聲發電裝置，由噪聲收集單元、聲電轉換單元和電能存儲單元組成。
[0036]所述噪聲收集單元由噪聲收集器I和聲波導管2組成，其中噪聲收集器I採用號筒型噪聲收集器(參見圖6)，在號筒型噪聲收集器的大、小頭開口處分別設有防塵土的前擋泥網5和後擋泥網6，並且在結構中段設計有噪聲收集器固定環槽7，用於噪聲收集器I在汽車上的安裝和固定。固定凹槽為矩形槽，設在噪聲收集器I號筒形結構中部，槽寬與噪聲收集器四腳固定支架中固定齒槽17相配合(參見圖7、圖8、圖10、圖11)。為了更好的保障不同部件間的連接密封性，噪聲收集器I與聲波導管2的連接均採用螺紋連接，其中，噪聲收集器I的小開口處用塑料椎體連接螺母20連接，塑料椎體螺母另一端用內螺紋軟管連接器21與聲波導管2連接。所用的塑料椎體連接螺母20和內螺紋軟管連接器21在市場上均可購買。此外，考慮到在汽車高速行駛過程中汽車輪胎噪聲較大，故在車輪附近安置噪聲收集器1，以提高收集效率，但直接在車輪上方葉子板內襯上打孔安置將會給車輛的行駛帶來額外的風阻和不穩定因素，因此本發明將用於收集汽車輪胎噪聲的噪聲收集器設在車輪葉子板內襯9與車輪8內側的鋼板之間，噪聲收集器四腳固定支架的固定需在車輪8內側的鋼板上打孔，然後用塑料膨脹螺絲將固定支架腳19通過固定環扣孔18與車體上所打的孔連接。此種安放和連接方式不僅可以較好的收集汽車輪胎噪聲及懸架系統的振動噪聲，而且該噪聲收集器可簡單穩定的固定在車輪內側鋼板上。為了避免雨雪天氣車輛行駛過程中有雨雪進入噪聲收集器I內，影響裝置聲電轉換效率，噪聲收集器I均採用斜向下開口布置。
[0037]所述噪聲收集器I需根據不同車型大小採用不同的規格尺寸，其主要結構如圖7、圖8所示，具體計算公式均經試驗分析得出，其中前擋泥板半徑a=輪圈尺寸*0.2 ;後擋泥板半徑C=前擋泥板半徑a*0.25，後擋泥板與R=IOmm的聲波導管相連。噪聲收集器其壁厚均為擋泥板半徑a*0.075，其內腔斜度為15°。以現役17寸車輪轂的車型為例估算噪聲收集器的尺寸大小，大致估算最佳噪聲收集器尺寸規格。17寸車輪轂的輪胎尺寸通常為:225/50 17R，輪圈半徑為17英寸，約為43.18釐米。圖7中，a尺寸約為半徑R=8.6cm，壁厚t=0.7cm;b尺寸為IOcm ;c尺寸為半徑R=2.2cm,壁厚t=0.7cm (圖中各尺寸均保留小數點後一位)。號筒型結構中段有噪聲收集器安裝頸圈7，該安裝頸圈的設計尺寸與號筒固定支架(圖10、圖11)尺寸相配合。噪聲收集器I固定在車體上的四腳固定支架由固定齒槽17、四個固定環扣18和四個固定支架腳19組成，固定齒槽17用以連接固定噪聲收集器固定環槽7，再由四個固定支架腳19與四個固定環扣18相連接固定於車身結構中。
[0038]噪聲收集器I在發動機體11上的布置，可選擇安裝在發動機艙左右兩側空隙的車體結構上，噪聲收集器I按矩形排列，數量不少於4個(見圖4)。
[0039]噪聲收集器I在發動機散熱器10上的布置，可選擇安裝在發動機散熱器10與發動機體11之間，噪聲收集器I按一字型排列，噪聲收集器I的收集口面向發動機散熱器10且與水平面呈一定角度(具體的夾角大小應根據實際車型的發動機散熱器10與發動機體11之間的空間大小確定)，開口朝向發動機散熱器10 (參見圖2)，數量不少於2個(參見圖4)，考慮到噪聲收集器I布置在發動機散熱器10與發動機體11之間，會影響發動機散熱器10對發動機的冷卻效果,故安放在發動機散熱器10與發動機體11之間的噪聲收集器I尺寸大小與布置在車輪附近的噪聲收集器I之比約為1:2。
[0040]上述噪聲收集器I不少於12個，其中安裝在汽車發動機上的不少於4個，每條輪胎不少於2個，發動機散熱器10附近不少於2個。
[0041]該噪聲收集器I和本裝置中的其它部件在汽車輪胎附近的布置如圖5所示；在前後車輪8附近各安裝兩套噪聲收集單元，其中號筒型噪聲收集器I的一端與聲波導管2相連，另一端由聲波導管2與聲壓放大器3用反向內螺紋軟管連接器相連接；聲電轉換器4通過導線與電流調理電路12中的電壓放大電路相連，電流調理電路12布置於汽車前後輪車橋附近，兩前(或後)車輪8共用一個電能存儲單元。此外，在發動機散熱器10附近安放兩個噪聲收集器，並布置有獨立的聲電轉換單元和電能存儲單元，布置參見圖3、圖4。在發動機體11的左右兩側的車身結構上，安放數個噪聲收集裝置，每兩個相鄰噪聲收集裝置共用一個聲電轉換單元，布置圖參見圖3、圖4。發動機缸體附近的數個聲電轉換單元通過導線共連一個電能存儲單元。噪聲收集器I以一定的斜度(與鉛垂面的夾角在30° — 45°之間，具體角度與車型結構有關)固定在車輪8的車輪葉子板內襯9附近(參見圖5)。與噪聲收集器I相連的聲波導管2固定在車身內壁上，並與固定在車軸上的聲壓放大器3相連接。
[0042]所述聲電轉換單元的結構如圖6所示:由聲壓放大器3和聲電轉換器4組成。
[0043]所述的聲壓放大器3的尺寸可以根據該組汽車噪聲收集器所收集的聲波頻率選定，使其共振聲波頻率處在與其相連的噪聲收集器I收集的聲波主頻帶內，聲壓放大器3與聲波導管2的連接採用橡膠密封方式連接。該聲壓放大器運用共鳴器原理，可類比吉他、鼓以及音響共鳴器體的共振效應，而本發明需根據不同聲波頻率範圍選用不同形狀的共鳴腔體。
[0044]所述聲電轉器4米用如圖9所不的動圈式聲電換能器,該聲電轉換器中的永磁體16產生磁場，再由經聲壓放大器放大的聲波帶動振動膜14振動，振動膜14的振動帶動圓形音圈15移動切割磁感線，從而達到聲能轉換成電能的目的。
[0045]所述的聲波導管2材料可使用與市場上聲波導管耳機中導管相同材料一複合塑料軟管，聲壓放大器3材料可使用與汽車空氣濾清器中諧振器相同材料——PP類的塑料材料。在聲波導管2與聲壓放大器3連接處設置橡膠密封圈22，以便減少聲波傳遞過程中的能量損失。
[0046]所述電能存儲單元由電流調理電路12和車載蓄電池13組成，該電能存儲單元的數量為不少於3個，其中每4個聲電轉換單元共用一個電能存儲單元。
[0047]所述電能存儲單元中電流調理電路12由導線依次相連的電壓放大電路、整流濾波調理電路、電能儲存器組成。
[0048]所述電壓放大電路為普通三極體電壓放大電路，該電路常用於麥克風前置放大電路，運用於本發明將會有效的對轉換電壓進行放大。
[0049]所述整流濾波調理電路由整流電路和濾波電路組成，其中整流電路為全橋整流電路，全橋整流電路主要由整流二極體組成，是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉換成單向脈動性直流電，是一種能充分利用電能的全波整流電路；濾波電路為無源濾波電路，採用簡易且可靠性高的無源濾波器結構，該結構將電感與電容串聯，可對主要次諧波構成低阻抗旁路，達到濾波效果。
[0050]所述電能儲存器採用超級電容電能儲存器，採用雙電層型電容器，進行電流的儲存和轉換並實現對車載蓄電池的充電。
[0051]所述汽車噪聲發電電能存儲裝置的連接方式為串聯，即所有的電能儲存裝置之間通過導線連接，使得輸出電壓為所有電能儲存裝置的電壓總和，用於提高輸出電壓。
[0052]所述電能存儲單元中車載蓄電池13為原車蓄電池，本發明裝置在經過噪聲收集單元和聲電轉換單元，再經電能存儲單元中電流調理電路12對轉換電流進行放大濾波後，通過電能儲存器達到對車載蓄電池13充電的目的。
[0053]本發明提供的汽車車載噪聲發電裝置，其工作過程是:入射噪聲聲波通過噪聲收集器I進入聲波導管2，再通過聲波導管2傳入聲壓放大器3中進行聲壓放大，然後通過聲電轉換器4將機械振動轉化為電能，產生的感應電動勢通過電壓放大電路進行放大後，產生的電流經電流調理裝置12整流後流入超級電容進行儲存，儲存達到一定量之後就能供給車載蓄電池13用電，所供電量可支持小轎車或者公交車的喇叭用電和車內燈的照明。
【權利要求】
1.一種汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是設有由噪聲收集器和聲波導管組成的噪聲收集單元，由聲壓放大器和聲電轉換器組成的聲電轉換單元，由電流調理電路和車載蓄電池組成的電能存儲單元；所述電流調理電路由導線依次相連的電壓放大電路、整流濾波調理電路和電能儲存器組成。
2.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的噪聲收集器採用號筒型噪聲收集器。
3.根據權利要求2所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的號筒型噪聲收集器，在其前後大小開口處設計有擋泥網，中部有固定環槽，該固定環槽上設有與之配合相連的四腳固定支架。
4.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的聲壓放大器是以橢形空腔為母體，空腔一端為進聲口，另一端為振動膜，輸出機械振動波，振動膜處與聲電轉換器相連，將聲波產生的振動機械能轉換為電能。
5.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述噪聲收集器與聲壓放大器採用聲波導管傳遞聲波。
6.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的聲電轉器採用由永磁體和圓形音圈組成的動圈式聲電換能器，其中永磁體產生磁場，其工作過程為:首先，經聲壓放大器放大的聲波帶動聲壓放大器的振動膜振動，再由振動膜的振動帶動圓形音圈移動切割磁感線，最後實現聲能轉換成電能。
7.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的整流濾波調理電路是由聲壓放大電路和全橋式整流電路構成，其將汽車噪聲聲電轉換器產生的不穩定的、小信號交流電，變成可供超級電容存儲並能對車載蓄電池充電的直流電。
8.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的電能儲存器採用型號為PC10-2702.5V MAXWELL的超級電容器。
9.根據權利要求1所述的汽車車載噪聲發電裝置，其特徵是所述的聲壓放大器材料採用PP類的塑料材料，該塑料材料與汽車空氣濾清器中諧振器材料相同；聲波導管材料採用複合塑料軟管，該複合塑料軟管與市場上聲波導管耳機中導管材料相同。
10.權利要求1至9中任意一項權利要求所述汽車車載噪聲發電裝置的用途，其特徵是該裝置產生的電能供給汽車車載蓄電池用電，所供電量可支持小轎車或者公交車的喇叭用電和車內燈的照明。
【文檔編號】H02K35/04GK103501041SQ201310491283
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】秦訓鵬, 華林, 王騫, 李靖 申請人:武漢理工大學