CN106286667A - 带轴承的电磁阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带轴承的电磁阻尼器，属于土木工程结构振动控制领域。该阻尼器分为整体式与分离式两种，由筒体和阻尼部分组成，可固定于结构内部，通过振动时阻尼器内部产生的电涡流，实现减振耗能作用。筒体为圆柱体，通过定位销与结构固定；阻尼部分位于筒体内部，包括固定轴、弹簧、直线轴承、铜片和磁铁。固定轴与筒体同轴线，固定连接于筒体内部。磁铁通过直线轴承与固定轴连接，均匀分布于直线轴承外表面，能够沿筒体轴线双向运动。铜片固定于筒体内壁，与磁铁交错布置，铜片面内通过相邻磁铁形成磁场的磁感线。弹簧连接筒体内壁与最外侧的磁铁。本发明实现了多向耗能减振，具有稳定性高、适用面广等显著的优势。

Description

带轴承的电磁阻尼器

技术领域

本发明涉及一种带轴承的电磁阻尼器，属于土木工程结构振动控制领域，用于减小桥梁结构在地震、风、车辆等外荷载作用下的振动响应。

背景技术

随着土木工程中设计技术和建筑材料的发展，现代桥梁结构越来越往长、细、轻、柔与低阻尼方向发展，各地建成许多轻型大跨的桥梁。这类桥梁在地震、风、车辆等动力荷载作用下，容易产生大的变形和振动。桥梁结构的振动是引起桥梁损坏(破坏)的一个重要因素。引起桥梁振动的因素主要有：地震引起的振动、荷载引起的振动及车-桥耦合作用引起的振动。振动使桥梁的内部应力增大，降低它的耐久性。大跨度桥梁的大量兴建和高效能建桥材料的广泛应用，桥梁结构的振动问题日趋突出。

土木工程结构振动控制就是在土木工程结构的特定部位装设某种装置(如隔振垫等)或某种机构(如消能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等)或某种子结构(如调频质量等)或施加外力(如外部能量输入)或调整结构的动力特性，在地震(或风)的作用下，使其结构的动力响应(如加速度、速度、位移)得到合理的控制，确保结构本身及结构中的人员仪器设备的安全和处于正常的使用环境状况。

目前，在桥梁工程中广泛应用的振动控制方式被动控制，手段是在桥梁支座处安置阻尼器，如申请号为2016103402532的可串联组装的频率可调的电涡流调谐质量阻尼器，申请号为2016106441952的一种半主动式振动控制电涡流阻尼器。传统阻尼器以调节结构的竖向振动为主，设计时并未考虑对下部结构的墩柱等构件的横向减震效果。为此，亟需设计一种以耗能减震的方式减小桥梁结构多种方向的振动，有效减小大震下桥梁结构塑性变形以及残余位移，提高多种方向抗震能力的阻尼器。

发明内容

发明目的：针对现有阻尼器只能桥梁结构竖向振动控制的问题，本发明提供一种针对桥梁结构的，涵盖横向在内的多种方向振动的阻尼器，通过振动时阻尼器内部产生的电涡流，实现多向耗能减振。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种带轴承的电磁阻尼器，包括筒体和阻尼部分，所述筒体用于连接建筑结构，所述阻尼部分安装在筒体内，所述阻尼部分包括固定轴、弹性件、直线轴承、导体片和磁铁，所述直线轴承套设在固定轴上，所述磁铁安装在直线轴承外表面，所述弹性件安装在磁铁与筒体之间，所述导体片安装在筒体内表面，所述导体片与磁铁在筒体的周向上间隔地排列。铜片和磁铁的数量可根据需要增加或者减少。

作为优选，所述固定轴是两端固定安装在筒体轴线上的圆柱体。固定轴的轴线与筒体轴线一致，采用实心或空心圆柱体，两端固定在筒体内壁两端。所述筒体是由铝合金制成的薄壁筒体。呈圆柱体，通过定位销固定于桥梁结构内部，可根据需要沿任意方向放置。

作为优选，所述直线轴承是整体的一个，所述磁铁在直线轴承的轴向上间隔地布置。形成整体式的阻尼器，所述弹性件在筒体的径向上连接筒体与磁铁，与最外侧的磁铁对应。弹簧数量可根据需要增减。当阻尼部分为整体式时，所述直线轴承数量为1；当阻尼部分为分离式时，所述直线轴承数量根据需要增加。所述各段直线轴承与固定轴连接的内侧固定，与磁铁连接的外侧可连同磁铁沿轴向双向移动。

作为优选，所述直线轴承是间隔布置的一组，各段直线轴承与固定轴连接的内侧固定，与磁铁连接的外侧可沿轴向移动。形成分离式的阻尼器，其外侧磁铁与筒体两端内壁、相邻两组的对应磁铁之间均连接有弹性件。

作为优选，所述磁铁的形状为长方体或者其他六面体，磁铁的一端固定安装在直线轴承外侧。磁铁可随直线轴承外侧沿轴向移动，数量可根据需要增减。

作为优选，所述磁铁沿筒体径向等分为若干组，每组在直线轴承外侧均匀布置，N/S端沿直线轴承外侧相对，组与组之间间距相等。

作为优选，所述导体片沿筒体径向等分为若干组，每组均与磁铁交错布置，每个铜片与相邻两个磁铁距离相等。导体片沿筒体的径向放置，一端固定安装在筒体的内表面，每个导体片磁铁呈轴对称放置，其数量可以根据实际情况增减。

作为优选，所述导体片是铜片，所述弹性件是弹簧。所述铜片等分为若干组，每组均与磁铁交错布置。所述每个铜片与相邻两个磁铁距离相等，铜片面通过相邻两个磁铁形成磁场的磁感线。

直线轴承内侧、外侧均有16排沿直线方向布置凹槽形成的轨道，钢滚珠位于内外侧对应轨道上滚动，以保障与磁铁相连的轴承外侧沿直线方向移动的稳定性。

相对于分离式阻尼器，整体式阻尼器拥有更高的刚度，更好的整体性与稳定性；而分离式阻尼器则更为灵活，有效的增加了可调节的频宽，适应不同结构的需要。

发明原理：阻尼器的工作过程中，磁铁(包括直线轴承外缘)的运动与桥梁的振动同时发生，磁铁与铜片之间产生相对运动，穿过铜片的磁通量发生变化。由电磁感应原理，将在导体内部产生像漩涡一样的电涡流。感应电涡流也会产生一个电磁场与磁铁的磁场产生电磁阻尼效应来阻碍磁铁的运动。在这个过程中，电涡流在铜片内做功将产生大量的热，从而将振动的机械能转化为热能耗散掉，从而达到耗能减震的目的。在这一过程中电涡流表现出了良好的粘性阻尼特性，并且通过自身的耗能加速了振动的消减。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：阻尼系统整体的多向设计，解决了传统桥梁阻尼器只能竖向振动的问题。在阻尼器中引入直线轴承，大幅减小摩擦阻力的同时保障了阻尼系统整体的稳定性。而阻尼器有整体式与分离式两种形式的不同设计，为整体的稳定性与频宽的可调性提供了更多的选择，适应不同工程、结构的需要。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例一的筒径向中央剖面图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的B-B剖面图；

图4是图2的细部图；

图5是图3的细部图；

图6是实施例二的A-A剖面图；

图7是实施例二的B-B剖面图；

图8是图6的细部图；

图9是图7的细部图；

图10是直线轴承的剖面图；

图11是直线轴承外侧的剖切立体视图；

图12是直线轴承内侧的剖切立体视图；

图中：1.桥梁结构，2.筒体，3.固定轴，4.直线轴承，5.磁铁，6.铜片，7.弹簧，8.直线轴承内侧，9.直线轴承滚珠，10.直线轴承外侧，11.定位销

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种带轴承的电磁阻尼器针对现有阻尼器只能桥梁结构竖向振动控制的问题，提供一种针对桥梁结构的多向阻尼器，通过振动时阻尼器内部产生的电涡流，实现包含横向在内的多向耗能减振。基于阻尼器分为整体式与分离式两种形式，下面分别进行具体说明。

实施例一：

本实施例的整体式阻尼器包括筒体2和阻尼部分。筒体2是由铝合金制成的薄壁圆柱体，通过定位销11固定于桥梁结构1内部，可根据需要沿任意方向放置。

阻尼部分包括固定轴3、弹簧7、直线轴承4、铜片6、磁铁5。

如图1所示，固定轴3呈圆柱体(实心或空心)，安装在筒体2中央，轴线与筒体2轴线一致，两端与筒体2内壁固定连接。直线轴承4由直线轴承内侧8、直线轴承滚珠9、直线轴承外侧10组成，其中，直线轴承内侧8与固定轴3外表面固定连接，直线轴承外侧10与磁铁5固定连接，与磁铁5一同在筒体2内部双向运动。

磁铁5形状为长方体或其他六面体，数量可根据需要增减，等分为若干组。每个磁铁5一端固定安装在直线轴承外侧10，并沿环向均匀布置。每组相邻两个磁铁5采用交错布置的方式，即一个N极朝向导体质量块的电磁铁与一个S极朝向导体质量块的电磁铁相邻布置，使相邻磁体的磁场闭合，充分利用磁能，增大磁通量的变化量。

如图2、图3、图4和图5所示，磁铁5各组之间间距相等，最外侧两组磁铁除固定在直线轴承外侧10以外，还通过弹簧7与筒体2端部相连。

铜片6的数量可根据需要增减，每个竖直放置，一端固定安装在筒体2的内表面。等分为若干组，每组均与磁铁5交错布置。所述每个铜片6与相邻两个磁铁5距离相等，铜片6的平面内穿过相邻两个磁铁5形成磁场的磁感线。

当桥梁结构1受到振动，磁铁5与铜片6之间的相对运动会同时发生，此时穿过铜片6的磁通量发生变化。由电磁感应原理，将在导体内部产生像漩涡一样的电涡流。感应电涡流也会产生一个电磁场与磁铁5的磁场产生电磁阻尼效应来阻碍磁铁5的运动。在这个过程中，电涡流在铜片6内做功将产生大量的热，从而将振动的机械能转化为热能耗散掉，从而达到耗能减震的目的。在这一过程中电涡流表现出了良好的粘性阻尼特性，并且通过自身的耗能加速了振动的消减。

实施例二：

本实施例的分离式阻尼器包括筒体2和阻尼部分。筒体2是由铝合金制成的薄壁圆柱体，通过定位销11固定于桥梁结构1内部，可根据需要沿任意方向放置。

阻尼部分包括固定轴3、弹簧7、直线轴承4、铜片6、磁铁5。

本实施例的筒径向中央剖面图与图1相同，如图6、图7、图8和图9所示，固定轴3呈圆柱体(实心或空心)，安装在筒体2中央，轴线与筒体2轴线一致，两端与筒体2内壁固定连接。直线轴承4均由直线轴承内侧8、直线轴承滚珠9、直线轴承外侧10组成，各段直线轴承4长度可根据不同工程、结构的需要不相一致，其中，直线轴承内侧8与固定轴3外表面固定连接，直线轴承外侧10与磁铁5固定连接，与磁铁5一同在筒体2内部双向运动。

磁铁5形状为长方体或其他六面体，数量可根据需要增减，等分为若干组。每组磁铁5一端固定安装在一段直线轴承外侧10，并沿环向均匀布置。每组相邻两个磁铁5采用交错布置的方式，即一个N极朝向导体质量块的电磁铁与一个S极朝向导体质量块的电磁铁相邻布置，使相邻磁体的磁场闭合，充分利用磁能，增大磁通量的变化量。各组之间对应的磁铁5均通过弹簧7相连，最外侧两组磁铁除固定在直线轴承外侧10以外，还通过弹簧7与筒体2端部相连。

如图11和图12所示，直线轴承滚珠9安装在直线轴承内侧8与直线轴承外侧10之间对应位置的长轨道上。

铜片6的数量可根据需要增减，每个竖直放置，一端固定安装在筒体2的内表面。等分为若干组，每组均与磁铁5交错布置。所述每个铜片6与相邻两个磁铁5距离相等，铜片6面内通过相邻两个磁铁5形成磁场的磁感线。

当桥梁结构1受到振动，磁铁5与铜片6之间的相对运动会同时发生，此时穿过铜片6的磁通量发生变化。由电磁感应原理，将在导体内部产生像漩涡一样的电涡流。感应电涡流也会产生一个电磁场与磁铁5的磁场产生电磁阻尼效应来阻碍磁铁5的运动。在这个过程中，电涡流在铜片6内做功将产生大量的热，从而将振动的机械能转化为热能耗散掉，从而达到耗能减震的目的。在这一过程中电涡流表现出了良好的粘性阻尼特性，并且通过自身的耗能加速了振动的消减。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带轴承的电磁阻尼器，包含筒体与阻尼部分，所述筒体用于连接建筑结构，所述阻尼部分安装在筒体内，其特征在于：所述阻尼部分包括固定轴、弹性件、直线轴承、导体片和磁铁，所述直线轴承套设在固定轴上，所述磁铁安装在直线轴承外表面，所述弹性件安装在磁铁与筒体之间，所述导体片沿筒体径向固定连接在筒体的内表面，所述导体片与磁铁在筒体的周向上间隔地排列。

2.如权利要求1所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述固定轴是两端固定安装在筒体轴线上的圆柱体。

3.如权利要求1所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述直线轴承是整体的一个，所述磁铁在直线轴承的轴向上间隔地布置。

4.如权利要求3所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述弹性件在筒体的径向上连接筒体与磁铁，与最外侧的磁铁对应。

5.如权利要求1所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述直线轴承是间隔布置的一组，各段直线轴承与固定轴连接的内侧固定，与磁铁连接的外侧可沿轴向移动。

6.如权利要求5所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：外侧磁铁与筒体两端内壁、相邻两组的对应磁铁之间均连接有弹性件。

7.如权利要求2所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述磁铁的形状为长方体或六面体，磁铁的一个面固定安装在直线轴承外侧。

8.如权利要求5所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于，所述磁铁沿筒体径向等分为若干组，每组在直线轴承外侧均匀布置，N/S端沿直线轴承外侧相对，组与组之间间距相等。

9.如权利要求6所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述导体片沿筒体径向等分为若干组，每组均与磁铁交错布置，每个导体片与相邻两个磁铁距离相等。

10.如权利要求1-9之任一所述的带轴承的电磁阻尼器，其特征在于：所述导体片是铜片，所述弹性件是弹簧。