CN103132628B - 摆式电涡流调谐质量阻尼器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，包括支架、钢索、索长调节器、质量块、永磁体调节架、永磁体、铜板、导磁铁板、铜板及导磁铁板调节架、限位器及限位阻尼器，质量块由钢板通过螺栓连接制成，通过钢索悬挂在支架上，索长调节器对钢索的长度进行调整，永磁体调节架安装在质量块底部，导磁铁板叠合在铜板底部，铜板与导磁铁板通过螺栓连接在铜板及导磁铁板调节架上，该铜板及导磁铁板调节架安装在结构基础上，限位器设置在质量块底部外围，限位阻尼器一端连接在限位器上，另一端连接在下方的结构基础上。本发明具有寿命长，可靠性高，免维护，阻尼调节精确、方便、调节范围大，整个TMD结构摩擦几乎为零，灵敏度高等优点。

Description

摆式电涡流调谐质量阻尼器装置

技术领域

本发明属于减振抗震领域，尤其是涉及一种摆式电涡流调谐质量阻尼器装置。

背景技术

随着摩天大楼在全球的兴起，摩天大楼的高度越来越高，摩天大楼的风振与地震响应控制技术飞速发展。调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper)被广泛应用于摩天大楼的风振与地震响应控制。

调谐质量阻尼器(TMD)一般分为竖向与摆式，质量块由钢索悬挂或弹簧支承，并辅助以液体阻尼器构成。TMD的质量m大小一般为被减振结构的1％，钢索长度或弹簧刚度由TMD质量m及被减振结构自然频率f决定，液体阻尼器提供一定的阻尼比。

由于摩天大楼总质量极其巨大，所需的TMD质量一般都在数百吨，高刚度的弹簧制造不易，因此目前摩天大楼的TMD基本都采用摆式(例如台湾101大厦)。质量块以一定的索长悬挂在摩天大楼顶端的结构件上，四周辅助以液体阻尼器提供阻尼。摩天大楼的TMD主要用于控制在风振下结构的振动，TMD工作频繁，其提供阻尼的液体阻尼器工作频繁。液体阻尼器主要依靠密封件来密封活塞杆与腔体，防止内部液压油泄漏，一旦液压油泄漏，阻尼器即无法起到应有的作用。而因为制造精度的原因，密封件与活塞杆长期频繁摩擦工作，密封件的寿命低。在TMD安装后无法再更换液体阻尼器的密封件，活塞杆的机械磨损更是难以补偿。液体阻尼器的阻尼在安装后是无法调节的，其维护也相当困难，造成整体TMD的寿命有限。在摩天大楼的寿命期中，需要更换若干次液体阻尼器，后期更换的成本非常高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种寿命长，可靠性高，免维护，阻尼调节精确、方便、调节范围大，整个TMD结构摩擦几乎为零，灵敏度高的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，安装在结构基础上，阻尼器装置包括支架、钢索、索长调节器、质量块、永磁体调节架、永磁体、铜板、导磁铁板、铜板及导磁铁板调节架、限位器及限位阻尼器，其中，

所述的质量块由钢板通过螺栓连接制成，通过钢索悬挂在支架上，所述的索长调节器安装在支架上对钢索的长度进行调整；

所述的永磁体通过螺钉安装在永磁体调节架上，该永磁体调节架安装在质量块底部；

所述的导磁铁板叠合在铜板底部，铜板与导磁铁板通过螺栓连接在铜板及导磁铁板调节架上，该铜板及导磁铁板调节架安装在结构基础上，

所述的限位器设置在质量块底部外围，所述的限位阻尼器一端连接在限位器上，另一端连接在下方的结构基础上。

所述的支架还可以为结构体。

质量块由钢板堆叠构成，钢板的数量可以根据需要进行增减。

索长调节器通过上下移动调节钢索长度，实现对质量块摆动半径的调节。

永磁体、铜板、导磁铁板、永磁体调节架、铜板及导磁铁板调节架组成电涡流阻尼器，该电涡流阻尼器设置在质量块底部与结构基础之间，其中，

永磁体与铜板之间的相对运动产生的电涡流阻尼效应提供TMD阻尼比，

永磁体的N极S极在同一工作面上间隔排列，一个N极向外的永磁体旁边为一个S极向外的永磁体，闭合相邻永磁体的磁场不浪费磁能，永磁体的底部吸附在永磁体调节架上，通过永磁体调节架闭合磁场，

铜板及导磁铁板调节架内部设置有连杆机构，旋转调节螺钉，连杆机构的运动同步调节永磁体或铜板角度与高度，该角度与高度由钢索确定的质量块摆长确定。

永磁体的形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形。永磁体材料为铷铁硼或钐钴，尺寸及厚度根据磁能量的需求确定，

铜板为纯铜制成的低电阻体，形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形等，铜板的尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定，

导磁铁板为纯铁制成，为方形、圆形或多边形等，导磁铁板的尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定，

永磁体与铜板之间的间隙通过铜板及导磁铁板调节架进行调整，所述的间隙由TMD整体阻尼比确定。

永磁体、铜板、导磁铁板的外侧设置有金属镀层及树脂镀层并涂刷油漆。

永磁体相对铜板运动最大行程，由质量块大震下控制位移确定。

限位器直径由质量块大震下控制位移确定。

限位阻尼器行程及额定载荷由质量块大震下控制位移及最大回复力确定。

当永磁体相对铜板运动时，铜板中产生感应电涡流，感应电涡流由其涡流特性产生与永磁体磁极相反的电磁场，此磁极相反的电磁场与永磁体的磁场产生电磁阻尼效应，阻碍永磁体的运动。导磁铁板用来闭合永磁体磁场，增强电磁阻尼效应。其工作过程中，铜板内部电涡流使得铜板发热，相对运动的机械能转变为铜板温度升高的热能，此过程消耗了机械能。通过调节永磁体磁场大小、铜板厚度、导磁铁板厚度、永磁体与铜板间隙来调节电磁阻尼效应。电涡流阻尼器的永磁体与铜板间存在一定的空气间隙，没有摩擦。永磁体的磁性衰减非常缓慢，只要对铜板做一定的防腐处理，电涡流阻尼器的寿命即可轻易超过结构体的寿命，服役期间亦无需任何维护。在安装时，只需调节永磁体与铜板距离即可精确调节阻尼。

TMD整体的频率通过调整质量块摆动半径实现，质量块的摆动半径通过索长调节器上下移动来调节。为适应摆动半径的变化，质量块底部的永磁体及铜板导磁铁板均应调节角度与高度，其角度与高度变化通过连杆机构组成的调节器来调节。旋转调节器上的调节螺栓，其内部连杆结构运动，同步调整永磁体或铜板角度与高度。质量块质量调节通过增减钢板数量实现。

TMD的阻尼比通过调节永磁体与铜板距离实现，只需调整铜板调节器角度与高度即可实现。

与现有技术相比，本发明具有寿命长，可靠性高，免维护，阻尼调节精确、方便、调节范围大，整个TMD结构摩擦几乎为零，灵敏度高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

图3为图2中的局部放大示意图。

图中，1为支架，2为钢索，3为索长调节器，4为质量块，5为永磁体调节架，6为永磁体，7为铜板，8为导磁铁板，9为铜板及导磁铁板调节架，10为限位器，11为限位阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

摆式电涡流调谐质量阻尼器装置的结构如图1-3所示，安装在结构基础上，包括支架1、钢索2、索长调节器3、质量块4、永磁体调节架5、永磁体6、铜板7、导磁铁板8、铜板及导磁铁板调节架9、限位器10及限位阻尼器11。其中，支架1还可以为结构体，质量块4由钢板通过螺栓连接制成，钢板的数量可以根据需要进行增减。质量块4通过钢索2悬挂在支架1上，索长调节器3安装在支架1上，通过其上下运动对钢索2的长度进行调整，从而对质量块4的摆动半径进行调节。永磁体6通过螺钉安装在永磁体调节架5上，该永磁体调节架5安装在质量块4底部。导磁铁板8叠合在铜板7底部，铜板7与导磁铁板8通过螺栓连接在铜板及导磁铁板调节架9上。限位器10设置在质量块4底部的外围，限位阻尼器11一端连接在限位器10上，另一端连接在下方的结构基础上。

上述组件中，由永磁体6、铜板7、导磁铁板8、永磁体调节架5、铜板及导磁铁板调节架9组成电涡流阻尼器，该电涡流阻尼器设置在质量块底部与结构基础之间，永磁体6与铜板7之间的相对运动产生的电涡流阻尼效应提供TMD阻尼比。永磁体6的N极S极在同一工作面上间隔排列，一个N极向外的永磁体旁边为一个S极向外的永磁体，闭合相邻永磁体的磁场不浪费磁能，永磁体7的底部吸附在永磁体调节架5上，通过永磁体调节架闭合磁场。铜板及导磁铁板调节架9的内部设置有连杆机构，旋转调节螺钉，连杆机构的运动同步调节永磁体6或铜板7角度与高度，该角度与高度由钢索2确定的质量块摆长确定。

另外，永磁体6的形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形。永磁体材料为铷铁硼或钐钴，尺寸及厚度根据磁能量的需求确定。铜板7为纯铜制成的低电阻体，形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形等，尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定。导磁铁板8为纯铁制成，为方形、圆形或多边形等，尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定，永磁体6与铜板7之间的间隙通过铜板及导磁铁板调节架9进行调整，间隙由TMD整体阻尼比确定。

永磁体6、铜板7、导磁铁板8的防腐由金属镀层及树脂镀层保证，并涂刷油漆。永磁体6相对铜板7运动最大行程、限位器10的直径由质量块大震下控制位移确定。限位阻尼器11的行程及额定载荷由质量块大震下控制位移及最大回复力确定。

当永磁体6相对铜板7运动时，铜板7中产生感应电涡流，感应电涡流由其涡流特性产生与永磁体磁6极相反的电磁场，此磁极相反的电磁场与永磁体的磁场产生电磁阻尼效应，阻碍永磁体的运动。导磁铁板8用来闭合永磁体磁场，增强电磁阻尼效应。其工作过程中，铜板7内部电涡流使得铜板发热，相对运动的机械能转变为铜板温度升高的热能，此过程消耗了机械能。通过调节永磁体6的磁场大小、铜板7的厚度、导磁铁板8的厚度、永磁体6与铜板7间隙来调节电磁阻尼效应。电涡流阻尼器的永磁体与铜板间存在一定的空气间隙，没有摩擦。永磁体6的磁性衰减非常缓慢，只要对铜板7做一定的防腐处理，电涡流阻尼器的寿命即可轻易超过结构体的寿命，服役期间亦无需任何维护。在安装时，只需调节永磁体与铜板距离即可精确调节阻尼。

TMD整体的频率通过调整质量块摆动半径实现，质量块4的摆动半径通过索长调节器3上下移动来调节。为适应摆动半径的变化，质量块4底部的永磁体6及铜板7、导磁铁板8均应调节角度与高度，其角度与高度变化通过连杆机构组成的调节器来调节。旋转调节器上的调节螺栓，其内部连杆结构运动，同步调整永磁体6或铜板7的角度与高度。质量块4质量调节通过增减钢板数量实现。TMD的阻尼比通过调节永磁体与铜板距离实现，只需调整调节架的角度与高度即可实现。

当摩天大楼或TMD被安装的结构体由于风振或地震产生振动时，由于惯性，质量块悬挂在钢索上与支架(结构体)摆动方向相反。因质量块一般为摩天大楼或结构体本身1％质量，其运动时与结构体本身运动的相位差，对结构的运动有阻碍作用，可以有效的减小结构体的振动幅度和加速度。结构体振动的机械能通过钢索引起质量块摆动，转变成TMD系统内部质量块的势能和动能之和。在质量块摆动时，底部的永磁体与铜板产生电磁感应，在铜板内产生电涡流，电涡流又产生与永磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼效应。质量块摆动受电涡流阻尼效应作用，其势能动能转化为铜板内电涡流发热的热能，热能通过空气等传导消耗掉。质量块的摆动在电涡流阻尼器的电涡流阻尼效应作用下，速度越来越慢，角度越来越小直到停止。以上过程中，结构体振动时的能量最终转化为铜板铜板内电涡流发热的热能，实现耗能作用。

当摩天大楼或TMD被安装的结构体产生超过设计值的振动时，质量块底部碰触到限位器，限位器是一钢制圆环，限位器推动限位阻尼器，以强大的限位力保证TMD的摆动在一定范围内，不会对结构体产生有害的作用。

Claims (9)

1.摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，安装在结构基础上，其特征在于，所述的阻尼器装置包括支架、钢索、索长调节器、质量块、永磁体调节架、永磁体、铜板、导磁铁板、铜板及导磁铁板调节架、限位器及限位阻尼器，其中，

所述的质量块由钢板通过螺栓连接制成，通过钢索悬挂在支架上，所述的索长调节器安装在支架上对钢索的长度进行调整；

所述的永磁体通过螺钉安装在永磁体调节架上，该永磁体调节架安装在质量块底部；

所述的导磁铁板叠合在铜板底部，铜板与导磁铁板通过螺栓连接在铜板及导磁铁板调节架上，该铜板及导磁铁板调节架安装在结构基础上，

所述的限位器设置在质量块底部外围，所述的限位阻尼器一端连接在限位器上，另一端连接在下方的结构基础上；

所述的永磁体、铜板、导磁铁板、永磁体调节架、铜板及导磁铁板调节架组成电涡流阻尼器，该电涡流阻尼器设置在质量块底部与结构基础之间，其中，

所述的永磁体与铜板之间的相对运动产生的电涡流阻尼效应提供TMD阻尼比，

所述的永磁体的N极S极在同一工作面上间隔排列，一个N极向外的永磁体旁边为一个S极向外的永磁体，闭合相邻永磁体的磁场不浪费磁能，永磁体的底部吸附在永磁体调节架上，通过永磁体调节架闭合磁场，

所述的铜板及导磁铁板调节架内部设置有连杆机构，旋转调节螺钉，连杆机构的运动同步调节永磁体或铜板角度与高度，该角度与高度由钢索确定的质量块摆长确定。

2.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的支架还可以为结构体。

3.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的质量块由钢板堆叠构成，钢板的数量可以根据需要进行增减。

4.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的索长调节器通过上下移动调节钢索长度，实现对质量块摆动半径的调节。

5.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，

所述的永磁体的形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形，永磁体材料为铷铁硼或钐钴，尺寸及厚度根据磁能量的需求确定，

所述的铜板为纯铜制成的低电阻体，形状根据分布面确定，为方形、圆形或多边形，铜板的尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定，

所述的导磁铁板为纯铁制成，为方形、圆形或多边形，导磁铁板的尺寸及厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定，

所述的永磁体与铜板之间的间隙通过铜板及导磁铁板调节架进行调整，所述的间隙由TMD整体阻尼比确定。

6.根据权利要求5所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的永磁体、铜板、导磁铁板的外侧设置有金属镀层及树脂镀层并涂刷油漆。

7.根据权利要求5所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的永磁体相对铜板运动最大行程，由质量块大震下控制位移确定。

8.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的限位器直径由质量块大震下控制位移确定。

9.根据权利要求1所述的摆式电涡流调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述的限位阻尼器行程及额定载荷由质量块大震下控制位移及最大回复力确定。