[实用新型]一种减振发电的智能粗颗粒

说明书

一种减振发电的智能粗颗粒，粗颗粒从外到内依次包括混凝土外壳、钢壳、若干压电减振俘能器及电能收集转化结构，压电减振俘能器两端分别与钢壳及电能收集转化结构相抵，用于将混凝土外壳及钢壳的应力转化为电力，电能收集转化结构将电力转化为稳定的电能并储存。本实用新型在保证强度和刚度的前提下，通过3D打印技术打印出混凝土外壳，接收外部结构的振动力量，利用压电效应，结合内部的压电减振俘能器、能量转化器和储能元件进行振动能量到电能的收集、转化与存储，不仅能直接减小外部结构的动应力，延长其使用寿命，还能利用压电材料将共振子振动能转化为电能，可实现变废为宝，是一种绿色能源。

技术领域

本实用新型涉及一种减振发电的智能粗颗粒。

背景技术

在有砟铁路中，随着列车速度的提升和轴重的增加，道砟需要承受轨枕传来更大的振动能量，而道砟刚度大，动应变较小，消耗的能量较小，道砟减振效果不明显，传递到道床的振动能量就较大，也加快了道砟破碎速率，另外道砟受到的振动能量也无法收集利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述现有装置的不足，提供一种减振发电的智能粗颗粒，具有通过3D打印技术的混凝土外壳，利用压电效应，内部结构将振动能量转换为电能收集存储，尤其适用于有砟铁路的道砟。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种减振发电的智能粗颗粒，粗颗粒从外到内依次包括混凝土外壳、钢壳、若干压电减振俘能器及电能收集转化结构，压电减振俘能器两端分别与钢壳及电能收集转化结构相抵，用于将混凝土外壳及钢壳的应力转化为电力，电能收集转化结构将电力转化为稳定的电能并储存。混凝土外壳通过3D打印技术制造，外轮廓根据使用场景选择，内部具有平滑或圆滑的空腔，钢壳轮廓与空腔相匹配，更好的传递振动应力。

作为优选，所述压电减振俘能器包括位于两侧的金属端帽，两个金属端帽外侧分别与钢壳及电能收集转化结构相抵，内侧分别设有陶瓷保护层，两个陶瓷保护层之间设有若干片两侧设有电极层涂料的压电陶瓷。压电减振俘能器的各层结构间通过强力型粘结剂粘结在一起，电极层涂料通过导线连接到电能收集转化结构的收集电路两端。

作为优选，所述金属端帽向外呈球面状，内部呈空腔结构，增加压电减振俘能器转化效率，端帽可以采用黄铜材质。

作为优选，所述压电陶瓷的数量为三片，电极层涂料的数量为四层。

作为优选，所述电能收集转化结构包括呈多面体的高刚度钢架，高刚度钢架表面设有若干俘能器连接块，高刚度钢架内部设有通过能量转化器固定框固定的能量转化器以及通过储能元件固定框固定的储能元件。高刚度钢架用于保护内部结构，俘能器连接块与金属端帽相接，压电减振俘能器产生的电能先到能量转化器进行转化再储存到储能元件中。

作为优选，所述能量转化器包括整流桥及滤波电容，整流桥将压电减振俘能器产生的交流电压转化为直流电压，再通过滤波电容将杂波滤去，最后将稳定的电能有效存储。

作为优选，所述储能元件为超级电容、镍氢电池或锂离子电池中的一种。

作为优选，所述钢壳呈球形，所述压电减振俘能器数量为六个，所述高刚度钢架呈正方体，每个面上设有一个俘能器连接块。此设计为较优的一种方案，高刚度钢架也可以是长方体或其他多面体结构，钢壳形状及压电减振俘能器数量作相应调整。

作为优选，所述粗颗粒用于有砟铁路中的道砟。

本实用新型的有益效果在于：1、本实用新型在保证强度和刚度的前提下，通过3D打印技术打印出混凝土外壳，接收外部结构的振动力量，利用压电效应，结合内部的压电减振俘能器、能量转化器和储能元件进行振动能量到电能的收集、转化与存储，不仅能直接减小外部结构的动应力，延长其使用寿命，还能利用压电材料将共振子振动能转化为电能，可实现变废为宝，是一种绿色能源；