[發明專利]利用聲音能量的發電機和聲音傳感器

有效

• 申請號: 201410044942.X
• 申請日: 2014-02-07
• 公開（公告）號: CN104836472B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王中林;楊進;陳俊
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H04R1/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 陳瀟瀟,肖冰濱

技術領域

本發明涉及一種發電機，特別涉及一種利用聲音能量的發電機，以及應用該發電機的聲音傳感器。

背景技術

當電子電路的能量消耗從毫瓦級降至微瓦級時，為電路提供能量不再需要電網或電池，而是利用周圍的各種環境能源，比如動能（風、波、重力、振動等）、電磁能（光、電磁波等）、熱能（太陽熱能、地熱、溫度變化、燃燒等）、原子能（原子核能、放射性衰變等）或生物能（生物燃料、生物質能等），通過光伏、熱電、壓電、電磁等各種物理或化學效應將環境能量轉換成可以使用的電能，為電子電路供電。由于能量采集器工作時不需要消耗任何燃料或物質，并且理論上說可以為各種低功耗電子器件提供取之不盡的能量，因此，得到了廣泛的關注，并且國內外研究者展開了相應研究工作。

目前，大多的研究集中在太陽能、振動、熱能和生物電方面的研究，根據能量源形式的不同，研發了不同的能量采集器件。在日常生活中，我們處在講話、噪音或音樂等聲音的包圍之中，在周圍空氣中傳播的縱向聲波即壓縮波產生于偏離平衡壓力的交變壓力波，這種波導致局部區域的壓縮和稀薄化，如果能夠把講話、音樂或各種噪音發出的聲音能量轉化為電能，將推動能量采集技術更廣泛應用，目前，還沒有能夠收集環境中這種聲音的能量并且轉變為電能的器件。特別是對環境中這種聲音的傳感，目前廣泛應用的駐極式/電容式傳感器具有頻率范圍寬、靈敏度高、失真小等特點，但仍然必須依靠直流電源才能進行阻抗變換，即需要外部電源為聲傳感器供電，不僅使傳感器的使用不方便，而且應用范圍受到限制。

發明內容

本發明提供一種能夠高效收集聲音能量的發電機，可以將環境中普遍存在的聲音能量進行收集并轉化為電能。

本發明提供一種利用聲音能量的發電機，包括聲諧振腔和摩擦電納米發電部件，其中，所述摩擦電納米發電部件設置在所述聲諧振腔的空腔中，所述摩擦電納米發電部件的彈性膜一側為聲諧振腔的空腔，另一側為密封空腔；所述彈性膜在聲壓差的作用下振動，使摩擦電納米發電部件產生電能。

優選的，所述摩擦電納米發電部件包括第一電極層、第二電極層以及摩擦層，其中，

所述第一電極層的下表面與摩擦層的上表面面對面設置，所述第一電極層與摩擦層之間設置間距為d的間隙；

所述摩擦層的下表面接觸設置第二電極層；

當所述聲音經過所述聲諧振腔匯聚，在聲壓驅動下所述第一電極層的下表面與所述摩擦層的上表面能夠互相接觸和分離，在所述第一電極層與第二電極層之間形成電勢差。

優選的，所述第一電極層為彈性膜，所述第二電極層與摩擦層形成的整體為非彈性膜；

或者，所述第一電極層為非彈性膜，所述第二電極層與摩擦層形成的整體為彈性膜；

或者所述第一電極層以及所述第二電極層與摩擦層形成的整體為彈性膜；

所述非彈性膜上設置有若干個通孔。

優選的，所述摩擦電納米發電部件設置在所述聲諧振腔的基頻匯聚點或者倍頻匯聚點。

優選的，所述利用聲音能量的發電機包括一個所述摩擦電納米發電部件；所述聲諧振腔為錐殼狀。

優選的，所述彈性膜與所述聲諧振腔外壁的部分內表面形成所述密封空腔。

優選的，所述聲諧振腔的開口為方形、圓形或橢圓形。

優選的，包括至少一個所述摩擦電納米發電部件；所述聲諧振腔為柱體殼狀，外壁上具有至少一個開口。

優選的，所述聲諧振腔的開口為方形、圓形或橢圓形。

優選的，多個所述摩擦電納米發電部件沿著所述聲諧振腔內表面同軸的柱體排列；所述彈性膜為所述密封空腔的外壁。

優選的，在所述聲諧振腔的空腔中形成一個或多個所述密封空腔，多個所述密封空腔與多個摩擦電納米發電部件的彈性膜一一對應。

優選的，所述聲諧振腔為圓柱體殼狀或者棱柱體殼狀。

優選的，所述摩擦電納米發電部件的個數與所述聲諧振腔的外壁上設置的開口個數相匹配。

優選的，所述第一電極層下表面和所述摩擦層上表面的材料具有摩擦電極序差異。

優選的，所述摩擦層材料為下列聚合物絕緣材料中的一種或幾種：聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯丁二烯、天然橡膠、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚四氟乙烯。