CN117868339A - 双向速度型磁式阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向速度型磁式阻尼器，包括壳体、可活动地插设到壳体中的齿条、传动装置以及设置到壳体中的两个被动导体板、两个被动控制装置、两个导体板以及磁铁组件，其中，传动装置包括由下至上枢转连接到壳体内的第一转动杆、第二转动杆和第三转动杆；被动导体板套置到第一转动杆；被动控制装置套置到第二转动杆；导体板套置到第三转动杆；在工作状态下，随着齿条相对于壳体滑动，导体板旋转切割磁铁组件以及被动控制装置；被动导体板旋转切割被动控制装置。该实施方式能够在增大阻尼力的同时，延后该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，使得该阻尼器增强了减振效果。此外，该阻尼器相对于主动控制技术而言，能够降低成本。

Description

双向速度型磁式阻尼器

技术领域

本发明涉及减振技术领域，尤其是涉及一种双向速度型磁式阻尼器。

背景技术

目前土木工程结构的振动控制普遍采用被动控制技术以及主动控制技术。对于被动控制技术而言，对于低速振动，被动控制技术能够较快响应，提供峰值阻尼力。但是随着振动速度的提高，阻尼效果逐渐减弱。

而主动控制技术能够解决上述被动控制技术的缺点，但是对于建筑结构的减振来说，所需要的外部能源也是巨大的，从经济方面考虑，该主动控制技术在应用推广中存在局限性。

因此需要一种新型的阻尼器来解决上述问题。

发明内容

本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本发明的一些实施例提供了双向速度型磁式阻尼器，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本发明的一些实施例提供了一种双向速度型磁式阻尼器，该阻尼器包括壳体、可活动地插设到所述壳体中的齿条、传动装置以及设置到所述壳体中的两个被动导体板、两个被动控制装置、两个导体板以及磁铁组件，其中，

所述传动装置包括由下至上枢转连接到所述壳体内的第一转动杆、第二转动杆和第三转动杆；

所述磁铁组件设置到所述壳体上部；

所述被动导体板套置到所述第一转动杆；所述被动控制装置套置到所述第二转动杆；所述导体板套置到所述第三转动杆；

所述第一转动杆套置有与所述齿条的第一侧啮合的第一齿轮，所述第一转动杆的两端分别设置有第二齿轮，所述第一齿轮的规格小于所述第二齿轮；

所述第二转动杆的两端分别设置有与两个所述第二齿轮一一对应地相啮合的第三齿轮，所述第二齿轮的直径大于所述第三齿轮的直径；

所述第三转动杆套置有与所述齿条的第二侧啮合的第四齿轮；

在工作状态下，随着所述齿条相对于所述壳体滑动，所述导体板旋转切割磁铁组件以及所述被动控制装置；所述被动导体板旋转切割所述被动控制装置。

本发明的上述实施例具有如下有益效果：通过本发明的双向速度型磁式阻尼器，能够在增大阻尼力的同时，延后该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，使得该阻尼器弥补被动控制技术随着振动速度的提高，阻尼效果逐渐减弱的问题。此外，该阻尼器相对于主动控制技术而言，能够降低成本。

具体来说，由于齿条的两侧分别与第一齿轮和第四齿轮啮合，使得第一齿轮和第四齿轮异向转动。而第三齿轮与第二齿轮啮合以及第二齿轮的直径大于第三齿轮的直径，使得第三齿轮与第一齿轮异向转动，同时第三齿轮的转速大于第一齿轮和第四齿轮。

第一转动杆套置有被动导体板、第二转动杆套置有被动控制装置、第三转动杆套置有导体板，使得导体板切割磁铁组件以及被动控制装置。进行切割旋转。被动导体板旋转切割被动控制装置。

由于导体板转速较低，因此当被动控制装置随着速度加快达到阻尼峰值时，导体板所受磁铁组件的阻尼力还未达到峰值，因此该阻尼器能够在增大阻尼力的同时，延后该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，使得该阻尼器弥补被动控制技术随着振动速度的提高，阻尼效果逐渐减弱的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的双向速度型磁式阻尼器的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的传动装置的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的励磁导体板磁场分布示意图；

图4为本发明的励磁线圈通电情况下磁力线分布示意图；

图5为本发明的被动控制装置磁场分布示意图；

图6为被动控制装置、主动控制装置与本公开的阻尼器在实验中的阻尼力与速度关系示意图。

附图标记说明：

1：壳体；12：外筒式连接端；2：齿条；21：圆柱区段；3：传动装置；31：第一转动杆；32：第一齿轮；33：第二齿轮；34：第二转动杆；35：第三齿轮；36：第三转动杆；37：第四齿轮；4：被动导体板；41：永磁铁；5：被动控制装置；51：永磁铁背铁；52：环形永磁铁；6：导体板；7：励磁线圈；8：主动导体板背铁。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

首先请参阅图1，图1为本发明的双向速度型磁式阻尼器的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该双向速度型磁式阻尼器包括壳体1、齿条2、传动装置3、两个被动导体板4、两个被动控制装置5、两个导体板6以及磁铁组件。

如图1所示，该齿条2穿过上述壳体1，能够相对于壳体1沿竖直方向滑动。具体地，上述齿条2的两端可以设置圆柱区段21，在壳体1的上下端设置有滑动轴承。在组装好的状态下，上述两个圆柱区段21分别与两个滑动轴承的内圈一一对应的接合。通过设置上述圆柱区段21和滑动轴承，能够降低该齿条2在滑动时与壳体1之间的摩擦，同时上述滑动轴承还能够限制该齿条2的滑动方向。

上述壳体1的上端可以固设中空的外筒式连接端12，该外筒式连接端12扣置到上述齿条2的上端，不与齿条2相接触，本领域技术人员可以根据齿条2的最大行程确定该外筒式连接端12内的中空结构的开设长度。该外筒式连接端12可以用于连接建筑等。

需要说明的是，虽然图1中的阻尼器是以提供竖直向阻尼力为例进行示出的，但是这不是唯一的，该阻尼器也可以根据实际情况旋转设置，提供水平向或者其他角度的阻尼力。

接下来请参阅图2并继续参阅图1，图2是为本发明的传动装置的一个实施例的结构示意图。如图2所示，该传动装置3包括由下至上枢转连接到壳体1内的第一转动杆31、第二转动杆34以及第三转动杆34。上述第一转动杆31、第二转动杆34以及第三转动杆36的两端可以设置轴承。以第一转动杆31为例，两个轴承的内圈分别套置到第一转动杆31的两端，两个轴承的外圈固设到壳体1的内壁。如此一来，使得第一转动杆31能够环绕自身轴线转动。

上述第一转动杆31上套置有两个被动导体板4。第二转动杆34上套置有两个被动控制装置5。上述第三转动杆36上套置有两个导体板6。因此当第一转动杆31、第二转动杆34和第三转动杆36转动时，能够带动上述被动导体板4、被动控制装置5以及导体板6转动。

上述传动装置3还包括第一齿轮32、第二齿轮33、第三齿轮35以及第四齿轮37。在组装好的状态下，上述第一齿轮32套置到第一转动杆31中部，与上述齿条2的右侧(图2中的方向)啮合。第一转动杆31的两端套置两个第二齿轮33。在工作状态下，随着齿条2的滑动，能够带动第一齿轮32、第一转动杆31以及第二齿轮33转动。

上述两个第三齿轮35套置到第二转动杆34的两端。两个第三齿轮35一一对应地与两个第二齿轮33啮合。在工作状态下，随着第二齿轮33的转动，能够带动第三齿轮35、第二转动杆34以与第一转动杆31相反的方向转动。同时，由于上述第三齿轮35的直径设置成小于第二齿轮33。因此上述第二转动杆34的转速大于第一转动杆31。如此一来，使得两个被动导体板4旋转切割两个被动控制装置5。

上述第四齿轮37套置到第三转动杆36的中部，与上述齿条2的左侧(图2中的方向)啮合。在工作状态下，随着齿条2的滑动，能够带动第四齿轮37、第三转动杆36转动，该第三转动杆36的转动方向与第一转动杆31相异，与第二转动杆34同向。第四齿轮37的尺寸可以与第一齿轮32的直径相近，使得第三转动杆36的转速小于上述第二转动杆34的转速。

进一步地，上述磁铁组件可以设置到壳体1顶部的内壁，在工作状态下，随着第三转动杆36的转动，能够带动导体板6旋转切割被动控制装置5以及磁铁组件。

具体地，上述磁铁组件可以是永磁铁。如此一来，该阻尼器实现可延续控制效果的双向速度性电涡流阻尼器。具体来说，由于导体板6转速较低，因此当被动控制装置5随着速度加快达到阻尼峰值时，导体板6所受磁铁组件的阻尼力还未达到峰值，因此该阻尼器能够在增大阻尼力的同时，延后该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，进而延续了控制效果。

上述磁铁组件还可以是主动控制装置，上述导体板6可以是励磁导体板。进而能够实现双向速度型混合励磁式阻尼器。通过上述主动控制装置调节磁场强度，能够调配主动控制与被动控制的耗能比例，进而使经济效益实用化。同样地，由于励磁导体板(附图表号与导体板相同)转速较低，因此当被动控制装置5随着速度加快达到阻尼峰值时，励磁导体板所受励磁线圈7的阻尼力还未达到峰值，因此该阻尼器能够在增大阻尼力的同时，延后该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，进而延续了控制效果，使得该阻尼器弥补被动控制技术随着振动速度的提高，阻尼效果逐渐减弱的问题。

接下来结合图2、图3、图4和图5进行说明。重新参阅图2，每个被动控制装置5包括间隔设置的两个永磁铁背铁51，两个上述永磁铁背铁51内侧相对地设置有两个环形永磁铁52，上述两个环形永磁铁52之间形成第一间隙；在工作状态下，两个励磁导体板一一对应地切割两个上述被动控制装置5中的两个上述第一间隙；两个上述被动导体板4一一对应地旋转切割两个上述被动控制装置5中的两个上述第一间隙。如图5所示，图5为本发明的被动控制装置5磁场分布示意图。需要说明的是，虽然图5中附图标记6指代的是导体板，但在该实施例中导体板是励磁导体板。

进一步地，两个被动导体板4周围可以固设多个永磁铁41，进而增加该被动导体板4的被动控制力。

上述主动控制装置包括两个或者多个励磁线圈7以及间隔设置到上述两个或者多个励磁线圈7内的两个主动导体板背铁8，上述励磁线圈7与相邻的上述主动导体板背铁8形成两个第二间隙；在工作状态下，两个上述励磁导体板一一对应地切割两个上述第二间隙。励磁导体板和励磁线圈7磁场分布如图3和图4所示，图3为本发明的励磁导体板磁场分布示意图。图4为本发明的励磁线圈7通电情况下磁力线分布示意图。

进一步地，上述主动控制装置还包括与上述励磁线圈7连接的电流调节器，上述电流调节器用于调节上述励磁线圈7的电流强度，进而调节该励磁线圈7的磁场强度。

再进一步地，上述主动控制装置还包括用于检测上述齿条2移动速度的速度传感器。响应于上述齿条2的移动速度超出预设阈值，通过上述电流调节器调节上述励磁线圈7的电流强度，进而调节该阻尼器的峰值阻尼力的阻尼力。

需要说明的是，本发明通过传动装置3将齿条2低速平动转化为高速的转动切割运动。上述高速指永磁铁41与励磁导体板以及被动导体板4切割的相对速度，其由两部分组成，其一：转动装置本身放大的速度；其二：永磁铁41与两侧导体板相对运动所叠加的速度。

最后请参阅图6，图6为被动控制装置、主动控制装置与本公开的阻尼器在实验中的阻尼力与速度关系示意图。如图6所示，A曲线为只采用被动控制装置时阻尼力与齿条振动速度的对应关系曲线。可以看出，在低速时，上述被动控制装置能够较快响应，提供峰值阻尼力。但是随着振动速度的提高，阻尼效果逐渐减弱。B曲线为只采用主动控制装置时阻尼力与齿条震动速度的对应关系曲线，虽然相较于被动控制装置，该主动控制装置的峰值阻尼力有所后延，但如背景技术中所言，该主动控制装置所需外部能源较大。C曲线为采用本发明的阻尼器时阻尼力与齿条震动速度的对应关系曲线。不难看出，本发明的阻尼器通过将主动控制装置和被动控制装置相结合，能够实现阻尼力的提高，通过调节主动控制装置中励磁线圈的电流强度，能够调节该阻尼力的大小以及能够调配主动控制与被动控制的耗能比例，进而使经济效益实用化。

若C曲线示出的是通电最大时的阻尼力与速度的对应关系曲线，则在通电范围内，阻尼力与速度的调节范围应在曲线A与C的包络部分。可以看出本发明不仅可以将峰值阻尼力进行调节，其控制效果也得到了较大提升。

此外，通过调节第三转动杆的转速还能够调节该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段，进而延续了控制效果。例如可以通过改变第三齿轮的大小调节上述第三转动杆的转速。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，包括壳体、可活动地插设到所述壳体中的齿条、传动装置以及设置到所述壳体中的两个被动导体板、两个被动控制装置、两个导体板以及磁铁组件，其中，

所述传动装置包括由下至上枢转连接到所述壳体内的第一转动杆、第二转动杆和第三转动杆；

所述磁铁组件设置到所述壳体上部；

所述被动导体板套置到所述第一转动杆；所述被动控制装置套置到所述第二转动杆；所述导体板套置到所述第三转动杆；

所述第一转动杆套置有与所述齿条的第一侧啮合的第一齿轮，所述第一转动杆的两端分别设置有第二齿轮，所述第一齿轮的规格小于所述第二齿轮；

所述第二转动杆的两端分别设置有与两个所述第二齿轮一一对应地相啮合的第三齿轮，所述第二齿轮的直径大于所述第三齿轮的直径；

所述第三转动杆套置有与所述齿条的第二侧啮合的第四齿轮；

在工作状态下，随着所述齿条相对于所述壳体滑动，所述导体板旋转切割磁铁组件以及所述被动控制装置；所述被动导体板旋转切割所述被动控制装置。

2.根据权利要求1所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述导体板是励磁导体板；所述磁铁组件是主动控制装置。

3.根据权利要求1所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述齿条的两端固设有圆柱区段。

4.根据权利要求3所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述壳体上下两端设置有滑动轴承，所述圆柱区段与所述滑动轴承配合。

5.根据权利要求1所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述第一转动杆、所述第二转动杆和所述第三转动杆的两端均设置有滚动轴承，所述滚动轴承的外圈与所述壳体的内壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，每个所述被动控制装置包括间隔设置的两个永磁铁背铁，两个所述永磁铁背铁内侧相对地设置有两个环形永磁铁，所述两个环形永磁铁之间形成第一间隙；在工作状态下，两个导体板一一对应地切割两个所述被动控制装置中的两个所述第一间隙；两个所述被动导体板一一对应地旋转切割两个所述被动控制装置中的两个所述第一间隙。

7.根据权利要求2所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述主动控制装置包括两个或者多个励磁线圈以及间隔设置到所述两个或者多个励磁线圈内的两个主动导体板背铁，所述励磁线圈与相邻的所述主动导体板背铁形成两个第二间隙；在工作状态下，两个所述励磁导体板一一对应地切割两个所述第二间隙。

8.根据权利要求7所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述主动控制装置还包括与所述励磁线圈连接的电流调节器，所述电流调节器用于调节所述励磁线圈的电流强度。

9.根据权利要求8所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述主动控制装置还包括用于检测所述齿条移动速度的速度传感器，响应于所述齿条的移动速度超出预设阈值，通过所述电流调节器调节所述励磁线圈的电流强度以调节该阻尼器的峰值阻尼力的出现时段。

10.根据权利要求1所述的双向速度型磁式阻尼器，其特征在于，所述壳体的上端固设有中空的外筒式连接端，所述外筒式连接端扣置到所述齿条的上端。