CN106499239B - 一种压电—电磁复合式集能减振装置 - Google Patents

一种压电—电磁复合式集能减振装置 Download PDF

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Abstract

一种压电—电磁复合式集能减振装置，设置于楼板或桥面板下方，其目的在于收集楼板或桥面板中的动能并将其转化为电能储存起来，通过电能的释放产生阻尼效应以减缓楼板或桥面板的振动。主要包括：电感线圈、永磁体、锂离子电池、颗粒阻尼容器、多级配电磁颗粒阻尼、压电陶瓷、承载板、锚固螺栓、绝缘垫、电量识别及控制感应元件。承载板和压电陶瓷上预留出锚固螺栓，各构件按要求位置放置于承载板内，整个装置通过锚固螺栓固定于楼板或桥面板下方。本发明的一种压电—电磁复合式集能减振装置，可以收集并利用环境中的振动能量并有效的减缓楼板或桥面板的振动。

Description

一种压电—电磁复合式集能减振装置
技术领域
本发明涉及一种压电—电磁复合式集能减振装置，其功能在于收集、利用并耗散土木工程板式结构中的振动能量，达到减轻相关构件和结构振动幅值的目的，属于新能源和结构减振领域。
背景技术
目前，随着我国不可再生资源的日渐紧缺，寻求绿色的可再生资源是我们面对的一项重要挑战。日常生活中有多种可利用的再生资源，如人或车辆引起的楼板或桥面板振动就是一种很好动能资源，但这些资源往往给工程结构及使用者带来不便或者被简单忽略了。因此，为了更好地利用这些表面不利或者可忽略的能源，本发明提出了一种压电—电磁复合式集能减振装置，该装置所遵循的原理为：借助楼板或桥面板的振动引起压电陶瓷的变形，使其表面产生张拉力，由于压电陶瓷的特性其表面将产生自由电荷，既可以耗散能量也可以将能量存储起来。此外，楼板或桥面板的振动引起电感线圈的振动，电感线圈与永磁体发生相对运动，从而使电感线圈中产生交感电流，从而将振动机械能转化为电能，产生的电能均储存于锂离子电池中。锂离子电池和下部电路之间的电量识别及感应控制元件能控制锂离子电池中电量的输出，锂离子电池放出电流通入下部电感线圈，可以增加多级配电磁颗粒阻尼与振动系统之间的能量交换，提高对结构振动的抑制作用；同时增大颗粒之间的接触压力，由此加大摩擦力，进而提高颗粒阻尼的阻尼性能，更好的减缓楼板或桥面板的振动。
发明内容
为了收集并利用环境中存在的振动能量，本发明提出了一种电磁—压电复合式集能减振装置，该装置能有效地耗散并收集楼板或桥面板的振动能量，并将其转化为颗粒阻尼的阻尼力，更好的减轻楼板或桥面板的振动。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种压电—电磁复合式集能减振装置，该装置包括：电感线圈(1)、永磁体(2)、锂离子电池(3)、颗粒阻尼容器(4)、多级配电磁颗粒阻尼(5)、压电陶瓷(6)、承载板(7)、锚固螺栓(8)、绝缘垫(9)、电量识别及控制感应元件(10)。承载板(7)和压电陶瓷(6)上预留出锚固螺栓(8)，压电陶瓷(6)下方固定电感线圈(1)，电感线圈(1)正下方放置永磁体(2)，永磁体(2)固定于颗粒阻尼容器(4)之上，永磁体(2)与颗粒阻尼容器(4)之间设有绝缘垫(9)，颗粒阻尼容器(4)内填充多级配电磁颗粒阻尼(5)，外部缠绕电感线圈(1)，下部电感线圈(1)与锂离子电池(3)之间安装电量识别及控制感应元件(10)，各构件按固定位置放置于承载板(7)内，整个装置通过锚固螺栓(8)固定于楼板或桥面板下方。
当楼板或桥面板的振动引起压电陶瓷(6)发生变形时，利用其具有的正压电效应，使陶瓷片表面产生自由电荷，并可以聚集能量并将能量存储于锂离子电池(3)中。
压电陶瓷片布置在整个装置四周，放置在涂刷绝缘层的钢板的内部，压电陶瓷(6)的形状采用弯板式，两边弯起，集能效果更好。
锂离子电池(3)和下部电感线圈(1)之间设有电量识别及控制感应元件(10)，当锂离子电池中积蓄的能量达到一定值，控制元件会给下部线圈放电，当下部线圈通入锂离子电池(3)放出的电流后，改变了多级配电磁颗粒阻尼(5)周围的磁场，使其产生动态电磁感应并形成较大阻尼力，从而减缓楼板或桥面板的振动。
多级配电磁颗粒阻尼(5)由不同磁性材料和直径混合组成，在结构不同振幅引发的电磁感应下将有不同数量的颗粒阻尼发生碰撞和运动，从而产生不同的耗能能力和阻尼效果。
楼板或桥面板的振动能够使上部电感线圈(1)产生上下的振动，同时能够与永磁体(2)的磁场产生交感电流储存于锂离子电池(3)中。
颗粒阻尼容器(4)为非金属的非磁性材料制作，承载板(7)为表面涂刷绝缘层的钢板制作而成。
该装置均为小尺寸，多个装置排列固定于楼板或桥面板下表面，不影响楼板或桥面板下表面的平整性。
本发明的功能如下：
压电陶瓷在楼板或桥面板的振动下发生变形，表面产生张拉力，由于压电材料效应将在陶瓷片表面产生自由电荷，产生电流储存于锂离子电池中。
上部电感线圈与永磁体预留一定距离，楼板或桥面板的振动引起电感线圈和永磁体之间的相对运动，使电感线圈中产生交感电流储存于锂离子电池中。
锂离子电池与下部电感线圈之间设有电量识别及控制感应元件，可以控制电流的输出，只有当锂离子电池中的电量达到一定程度时，元件才会允许锂离子电池中的电流向下部电感线圈输入。
锂离子池中的中的电流通过下部电感线圈，改变多级配电磁颗粒阻尼周围的磁场，在结构不同振幅引发的电磁感应下将有不同数量的颗粒阻尼发生碰撞和运动，从而产生不同的耗能能力和阻尼效果，减缓楼板或桥面板的振动。
该装置收集环境中的振动能量，通过转化能量将其用来减缓结构的振动，达到以振治振的效果，能合理的再利用资源。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明中一种压电—电磁复合式集能减振装置，贴于楼板下方的压电陶瓷在楼板发生振动时随着楼板有上下的振动趋势，使其表面产生相应的张拉力，由于材料特性会在压电陶瓷表面产生自由电荷，为负载提供电能储存于锂离子电池当中。
2)本发明中一种压电—电磁复合式集能减振装置，压电陶瓷下方的电感线圈随着振动会与永磁体发生相对运动从而产生交感电流，将动能转化为电能储存于锂离子电池当中。
3)本发明中一种压电—电磁复合式集能减振装置，锂离子电池与下部电感线圈之间设有电量识别及控制感应元件，可以控制电流的输出，只有当锂离子电池中的电量达到一定程度时，元件才会允许锂离子电池中的电流向下部电感线圈输入。
4)本发明中一种压电—电磁复合式集能减振装置，锂离子电池放出的电流通过下部电感线圈从而改变多级配电磁颗粒阻尼周围的磁场，增加颗粒体与振动系统之间的能量交换，提高对结构的抑制作用；同时增大颗粒之间的接触压力和摩擦力，从而提高其阻尼性能。
5)本发明中一种压电—电磁复合式集能减振装置，该装置体积小，布置时应多个装置排列固定于楼板下方，既不影响楼板或桥面板下表面的平整度，又能充分吸收楼板或桥面板每个部位的振动能量，集能效果更显著。
附图说明
图1为本发明装置的立体示意图。
图2为本发明装置的正示图。
图3为本发明装置的布置示意图。
图4为本发明装置未加磁场的颗粒阻尼分布示意图。
图5为本发明装置加磁场的颗粒阻尼分布示意图。
图中：1－电感线圈、2－永磁体、3－锂离子电池、4－颗粒阻尼容器、5－多级配电磁颗粒阻尼、6－压电陶瓷、7－承载板、8－锚固螺栓、9－绝缘垫、10－电量识别及控制感应元件。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，是本发明一种压电—电磁复合式集能减振装置的实施例，其主要包括：电感线圈1、永磁体2、锂离子电池3、颗粒阻尼容器4、多级配电磁颗粒阻尼5、压电陶瓷6、承载板7、锚固螺栓8、绝缘垫9、电量识别及控制感应元件10。
实施步骤如下：
1)如一个35x20m的楼板，则集能减震装置的上部承载板可选为2x1.5m、装置的高度为1m，颗粒阻尼容器的直径选为1m、高度为0.5m，压电陶瓷板贴合于承载板上部的正下方，压电陶瓷板尺寸选为1.8x1.3m，两板上均预留出锚固螺栓孔，承载板做成图示形状同时预留出锚固螺栓孔，上部电感线圈贴于压电陶瓷板下方。
2)选用不同材质和直径的电磁颗粒阻，电磁颗粒的直径从0.01m到0.05m不等，然后将多级配电磁颗粒阻尼放入颗粒阻尼容器内，颗粒阻尼容器外部缠绕电感线圈。
3)将颗粒阻尼容器固定于承载板之上，将永磁体固定于颗粒阻尼容器上表面，两者之间垫有绝缘垫，永磁体置于上部线圈正下方并留有一定的间距，永磁体直径选为0.5m、高度为0.25m。
4)上部电感线圈和下部电感线圈均连接至锂离子电池上，将锂离子电池固定于承载板之上，将电量识别及控制感应元件放置于锂离子电池和下部感应线圈之间。
5)装置中各构件按规定位置摆放固定后，用锚固螺栓将整个装置固定于楼
板或楼面板下表面即可。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (6)

1.一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：该装置主要包括电感线圈(1)、永磁体(2)、锂离子电池(3)、颗粒阻尼容器(4)、多级配电磁颗粒阻尼(5)、压电陶瓷(6)、承载板(7)、锚固螺栓(8)、绝缘垫(9)和电量识别及控制感应元件(10)；承载板(7)和压电陶瓷(6)上预留出锚固螺栓孔，压电陶瓷(6)下方固定电感线圈(1)，电感线圈(1)正下方放置永磁体(2)，永磁体固定于颗粒阻尼容器(4)之上，永磁体(2)与颗粒阻尼容器(4)之间设有绝缘垫(9)，颗粒阻尼容器(4)内填充多级配电磁颗粒阻尼(5)，颗粒阻尼容器(4)的外部缠绕电感线圈(1)，下部电感线圈(1)与锂离子电池(3)之间安装电量识别及控制感应元件(10)，各构件按固定位置放置于承载板(7)内，整个装置通过锚固螺栓固定于楼板或桥面板下方；
楼板或桥面板的振动能够使上部电感线圈(1)产生上下的振动，同时能够与永磁体(2)的磁场产生交感电流储存于锂离子电池(3)中；
颗粒阻尼容器(4)为非金属的非磁性材料制作，承载板(7)为表面涂刷绝缘层的钢板制作而成。
2.根据权利要求1所述的一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：当楼板或桥面板的振动引起压电陶瓷(6)发生变形时，利用其具有的正压电效应，使压电陶瓷(6)的陶瓷片表面产生自由电荷，并聚集能量并将能量存储于锂离子电池(3)中。
3.根据权利要求2所述的一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：压电陶瓷(6)的陶瓷片布置在整个装置四周，放置在涂刷绝缘层的钢板的内部，压电陶瓷(6)的形状采用弯板式，两边弯起，集能效果更好。
4.根据权利要求1所述的一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：锂离子电池(3)和下部电感线圈(1)之间设有电量识别及控制感应元件(10)，当锂离子电池中积蓄的能量达到一定值，控制元件会给下部线圈放电，当下部线圈通入锂离子电池(3)放出的电流后，改变了多级配电磁颗粒阻尼(5)周围的磁场，使其产生动态电磁感应并形成较大阻尼力，从而减缓楼板或桥面板的振动。
5.根据权利要求4所述的一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：多级配电磁颗粒阻尼(5)由不同磁性材料和直径混合组成，在结构不同振幅引发的电磁感应下将有不同数量的颗粒阻尼发生碰撞和运动，从而产生不同的耗能能力和阻尼效果。
6.根据权利要求1所述的一种压电—电磁复合式集能减振装置，其特征在于：多个装置排列固定于楼板或桥面板下表面，不影响楼板或桥面板下表面的平整性。
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