CN107289066A - 一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，由固定质量块、可变质量块、永磁体棒、电磁槽、导体板、弹簧、供调节质量装置、能量收集单元及监控驱动单元组成。其中：弹簧的底端与供调节质量装置的顶部相连接，顶端与固定质量块的底部相连接，可变质量块固定设置于固定质量块的顶部，可变质量块和固定质量块的中心均开有永磁体棒槽道。本发明的可变质量块的质量可调节，实现调谐质量阻尼器频率的精确控制。能量收集与单元回收导体板中产生的涡流电后，提供给监控驱动单元。与现有技术相比，本发明能实现调谐质量阻尼器频率的精确调节，提高减振效果，简化阻尼器的设计，且阻尼装置控制效果好，无须外界供电，结构简单，节能环保等。

Description

一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器。
背景技术
在当今社会，调谐质量阻尼器因为有对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有应用，如台北101大厦、上海中心等。但传统的调谐质量阻尼器具有对频率的调谐敏感性的缺点，不仅建筑结构的自身损伤等会影响调谐质量阻尼器的减振效果，某些时候其自身的特性，如粘滞阻尼器的退化、弹簧的锈蚀或当建筑结构的某一构件作为调谐质量阻尼器的质量时质量的变化也会影响其控制效果。而且，设计时结构的自振频率估计值与其实际自振频率存在差异因此，如何实现调谐质量阻尼器的自适应控制，使其能实时调节自身频率与结构的频率相近，以达到良好的减振效果，就成为了一个新的很有意义的研究方向。
黏滞阻尼采用液压黏滞阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同时，也会有一定刚度，无法做到刚度与阻尼的完全分离，影响设计分析。而且，液压黏滞阻尼器还存在漏油、不易养护、后期难以调节等问题，增加维护的难度和成本。电涡流阻尼是对液压黏滞阻尼的一大创新。电涡流阻尼器的原理是，导体质量块在运动时切割磁感线，根据法拉第电磁感应原理，在导体内就会产生感应电动势，形成电涡流，将振动能量转化为导体的热量，从而实现振动控制。电涡流阻尼器的优势在于：磁体与导体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损；不受温度等环境影响；不存在漏油等状况，易于维护且耐久性好。
振动能量回收，就是回收这些通常直接被耗散掉的结构振动能量。一方面，土木工程结构可回收的能量较大，而且结构的是振动无处不在的；另一方面，土木工程结构振动能量的回收也存在诸多的挑战与困难，主要体现在土木工程结构具有小振幅、低频率的特点。
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减振效果好、无需外界供能的自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，该阻尼器包括放置在待减振结构上的阻尼发电单元、与所述阻尼发电单元连接的能量收集单元以及与能量收集单元连接并用于控制阻尼发电单元振动频率的监控驱动单元，所述阻尼发生单元包括底座、设置在底座上的弹簧以及固定在弹簧上端的压块，所述底座中部设有电磁槽，电磁槽的两个相对侧面设有导体板，所述压块中插设永磁体棒，永磁体棒的下端位于电磁槽中，工作时，所述监控驱动单元监控所述待减振结构的振动频率，然后调节所述压块的质量，控制所述压块的振动频率，所述阻尼发电单元得到的电涡流储存在能量收集单元，所述能量收集单元驱动所述监控驱动单元的工作。
所述压块包括底部的固定质量块及位于固定质量块上方的可变质量块，所述可变质量块和底座为中空结构，且所述可变质量块和底座内部设有悬浊液，所述监控驱动单元将所述悬浊液在可变质量块和底座之间输送。
所述固定质量块和可变质量块的中部设有槽道，所述永磁体棒的上端穿过槽道，并通过螺母固定在可变质量块的顶部。
所述监控驱动单元包括用于检测所述待减振结构振动频率的加速度传感器、用于驱动悬浊液在可变质量块和底座之间流动的泥浆泵以及与所述加速度传感器连接用于控制所述泥浆泵开闭的控制器，所述控制器和泥浆泵均与所述能量收集单元连接，悬浊液中可以包含细砂或细石子。
所述控制器为单片机。
所述导体板的材质为铜或铝，所述永磁体棒的材质为稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴或铁氧体永磁材料中的一种。
所述导体板与永磁体棒之间的距离为5～10mm。在此距离范围内，磁感应强度较强，导体板的发热耗能性能较好。
所述能量收集单元为蓄电池。
本发明的工作原理如下：当待减振结构振动时，通过弹簧的传递，可以使得压块与底座之间产生相对运动，从而使得永磁体棒与导体板之间产生相对运动，切割磁感线进行发电并消耗待减振结构的振动能量；产生的电流储存在能量收集单元中；同时，加速度传感器感应到待减振结构的振动幅度及频率，并将信号传输给单片机，单片机接收并处理该信号，计算调节待减振结构减振所需的可变质量块的重量，然后驱动泥浆泵从底座中输送相应质量的悬浊液到可变质量块中，或从可变质量块输送相应质量的悬浊液到底座中，从而实现可变质量块的重量的增减；可变质量块重量的增减，使得压块总重量的增减，从而实现压块与底座之间相对运动的频率的改变，从而改变永磁体棒和导体板之间的发电量，调节耗能量。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)可变质量块和供调节质量装置的质量可通过伺服控制系统进行精确调节，且无须实时调节，仅在选定时段进行即可；
(2)能够精确调节调谐质量阻尼器频率与待减振结构频率相同；
(3)能简化结构的抗风和抗震的分析设计，采用永磁体棒-导体板的阻尼装置提供阻尼力，改善了传统黏滞阻尼器的缺陷，又无需外界提供能源；
(4)永磁体棒与导体板之间存在一定的间隔，无摩擦阻尼和磨损，实现刚度与阻尼的分离，耐久性好；达到良好的减振效果，同时又具有安装简单、操作便捷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中区域A的局部结构放大示意图。
其中，1为可变质量块，2为固定质量块，3为弹簧，4为永磁体棒，5为槽道，6为单片机，7为泥浆泵，8为蓄电池，9为加速度传感器，10为底座，11为导体板，12为螺母，13为监控驱动单元，14为电磁槽，15为待减振结构。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其结构如图1、图2所示，包括放置在待减振结构15上的阻尼发电单元、与阻尼发电单元连接的蓄电池8以及与蓄电池8连接并用于控制阻尼发电单元振动频率的监控驱动单元13，阻尼发生单元包括底座10、设置在底座10上的弹簧3以及固定在弹簧3上端的压块，压块包括底部的固定质量块2及位于固定质量块2上方的可变质量块1，固定质量块2和可变质量块1的中部设有槽道5，永磁体棒4的上端穿过槽道5，并通过螺母12固定在可变质量块1的顶部。底座10中部设有电磁槽14，电磁槽14的两个相对侧面设有导体板11，永磁体棒4的下端位于电磁槽14中。
可变质量块1和底座10为中空结构，且可变质量块1和底座10内部设有悬浊液，监控驱动单元13将悬浊液在可变质量块1和底座10之间输送。
监控驱动单元13包括用于检测待减振结构15振动频率的加速度传感器9、用于驱动悬浊液在可变质量块1和底座10之间流动的泥浆泵7以及与加速度传感器9连接用于控制泥浆泵7开闭的单片机6，单片机6和泥浆泵7均与蓄电池8连接，悬浊液中可以包含细砂或细石子。工作时，监控驱动单元13监控待减振结构15的振动频率，然后调节可变质量块1的质量，控制压块的振动频率，阻尼发电单元得到的电涡流储存在蓄电池8，蓄电池8驱动监控驱动单元13的工作。
导体板11的材质为铜，永磁体棒4的材质为稀土永磁材料，导体板11与永磁体棒4之间的距离为5。
本自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器的工作原理如下：当待减振结构15振动时，通过弹簧3的传递，可以使得压块与底座10之间产生相对运动，从而使得永磁体棒4与导体板11之间产生相对运动，切割磁感线进行发电并消耗待减振结构15的振动能量；产生的电流储存在蓄电池8中；同时，加速度传感器9感应到待减振结构15的振动幅度及频率，并将信号传输给单片机6，单片机6接收并处理该信号，计算调节待减振结构15减振所需的可变质量块1的重量，然后驱动泥浆泵7从底座10中输送相应质量的悬浊液到可变质量块1中，或从可变质量块1输送相应质量的悬浊液到底座10中，从而实现可变质量块1的重量的增减；可变质量块1重量的增减，使得压块总重量的增减，从而实现压块与底座10之间相对运动的频率的改变，从而改变永磁体棒4和导体板11之间的发电量，调节耗能量。

Claims (8)

1.一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，该阻尼器包括放置在待减振结构上的阻尼发电单元、与所述阻尼发电单元连接的能量收集单元以及与能量收集单元连接并用于控制阻尼发电单元振动频率的监控驱动单元，所述阻尼发生单元包括底座、设置在底座上的弹簧以及固定在弹簧上端的压块，所述底座中部设有电磁槽，电磁槽的两个相对侧面设有导体板，所述压块中插设永磁体棒，永磁体棒的下端位于电磁槽中，工作时，所述监控驱动单元监控所述待减振结构的振动频率，然后调节所述压块的质量，控制所述压块的振动频率，所述阻尼发电单元得到的电涡流储存在能量收集单元，所述能量收集单元驱动所述监控驱动单元的工作。
2.根据权利要求1所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述压块包括底部的固定质量块及位于固定质量块上方的可变质量块，所述可变质量块和底座为中空结构，且所述可变质量块和底座内部设有悬浊液，所述监控驱动单元将所述悬浊液在可变质量块和底座之间输送。
3.根据权利要求1所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述固定质量块和可变质量块的中部设有槽道，所述永磁体棒的上端穿过槽道，并通过螺母固定在可变质量块的顶部。
4.根据权利要求2所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述监控驱动单元包括用于检测所述待减振结构振动频率的加速度传感器、用于驱动悬浊液在可变质量块和底座之间流动的泥浆泵以及与所述加速度传感器连接用于控制所述泥浆泵开闭的控制器，所述控制器和泥浆泵均与所述能量收集单元连接。
5.根据权利要求4所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述控制器为单片机。
6.根据权利要求1所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述导体板的材质为铜或铝，所述永磁体棒的材质为稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴或铁氧体永磁材料中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述导体板与永磁体棒之间的距离为5～10mm。
8.根据权利要求1所述的一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述能量收集单元为蓄电池。
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