CN1482319A - 主动质量磁驱动振动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种主动质量磁驱动振动控制装置。它包括质量块、控制装置，质量块的下部安装有作为直线电机次级的直流励磁线圈，质量块的下方设置有滑轨床，滑轨床内安装有作为直线电机初级的长定子绕组。本发明的装置具有反应灵敏、结构简单、噪音低、精确度高等优点。

Description

主动质量磁驱动振动控制装置

(一)、所属领域

本发明涉及的是一种减震控制装置。具体地说是一种用于土木工程结构的减震控制装置。

(二)、背景技术

当前，为保证土木工程结构在地震和飓风等动力作用下的安全性，减轻自然灾害造成的损失，土木工程结构在传统的抗震设计设防基础上出现了引入振动控制技术来保护结构的方法，具体就是在原有结构上附加机构、支撑或者是耗能阻尼装置，来吸收地震和飓风等动力作用输入给结构的能量，从而减小结构自身的动力反应，达到保护结构的目的。典型的方法如以增加刚度和阻尼为代表的各种被动控制方法，根据荷载和结构响应的反馈来能动地给结构施加一定能量以降低其反应的主动控制技术，直到近些年来发展起来的混合控制及半主动控制方法。传统的结构抗震设计方法以及近期发展的被动控制手段仅仅是给结构提供了一定的强度、刚度、延性提高，但是当结构遭受的荷载达到并超过一定的强度后，这些方法既满足不了设计要求又是不经济的。相比之下，主动控制在抵抗强烈动力荷载方面具有独特的优势。究其原因是，主动控制利用结构响应的反馈信息，结合适当的控制算法，指令控制系统中的驱动装置产生控制力，由控制机构与结构共同抵御地震及飓风等不确定性荷载的作用，使结构的动力反应减小。主动控制使结构具备自我调节能力，可以适应地调整控制目标实现合理可行的控制决策，因此，其适用范围更广、控制效果更明显。众多的主动控制装置中，主动质量驱动(AMD)是较为成熟且普遍应用的形式。

图9给出的是已有的AMD的构成示意图。通常AMD控制系统由质量块26，作动驱动装置24，由反馈传感21、测量与在线计算23、控制芯片22组成的控制装置，弹簧及阻尼器27组成。其中作动驱动装置主要为液压作动筒或伺服电机马达两种。现在广泛使用的电力液压推动器是80年代仿德产品，它结构复杂、制造成本高，要用液压油且还要常换油，维护麻烦，密封件多，常会失效造成推动器不能正常工作，吸合工作时会发生溜钩现象，起动和释放时间慢，不能用于瞬间动作的工况中，操作频率低，频繁操作的场合不适用。加之液压系统靠油路调节进油和出油来产生作用力，其反应时间相对较慢，当要求的控制较为精细时，系统对时间滞后的敏感性会明显加大，这不但会降低系统的工作性能，达不到理想的效果，同时还会带来主动控制不稳定的隐患。伺服电机虽然对液压作动作了一些改进，但由于是接触式传力，还存在有不可克服的问题，其启动缓慢可能来不及响应突发的地震作用或其他紧急事件，在长期荷载如风的作用下，由于滑轨与质量块接触，接触面间的动摩擦会消耗较多的能量，并且在其运行中会产生较大的噪音。此外，日本的KUMG公司研究了采用气动作动技术的AMD控制系统。但无论是气动还是液动技术，他们都面临反应时间慢和控制精度低的缺陷。

(三)、发明内容

本发明的目的在于提供一种反应灵敏、结构简单、噪音低、精确度高的主动质量磁驱动振动控制装置。本发明的目的是这样实现的：它包括质量块、控制装置，质量块的下部安装有作为直线电机次极的直流励磁线圈，质量块的下方设置有滑轨床，滑轨床内安装有作为直线电机初极的长定子绕组。本发明的装置还可以包括如下结构特征：1、质量块的两侧及滑轨床的侧壁上安装有悬浮电磁铁组。2、滑轨床上设置有质量块支撑滚珠。3、滑轨床的侧壁上设置有导向滚珠。4、滑轨床呈矩形槽状，在滑轨床的两个端壁上安装有防碰壁弹簧组。6、滑轨床呈弧形状，质量块的底部呈弧形状。本发明的装置为克服传统的AMD系统反应时间慢和控制精度低的缺陷，对其作动驱动系统进行改进，AMD系统的其余部分保留，综合采用磁悬浮及电动机驱动技术，用磁场使质量块悬浮起来，脱离和轨道的接触，用电动机驱动质量运动，替代传统AMD系统中的所有接触元件(包括作动器、弹簧和阻尼器)。变接触传力为非接触式，克服传统AMD的诸多缺陷，收到诸多有益效果。主要体现在：采用电动机驱动技术把电能直接转换成质量运动的机械能，不需要任何中间转换传动的驱动装置。它能够有效克服使用液压或气动驱动时体积大、效率低、能耗高、精度差、污染环境等缺点；引入磁悬浮技术，通过电能直接产生电磁推力，无机械接触、运行传动零部件无磨损、机械损耗低；运行可靠、传递效率高、制造成本低、易于维护，装置或系统噪声很小或无噪声，运行环境好；直线电动机可在计算机控制下高精度做功，速度不受限制，其初极和次极可以完全分离开来，分别安装在滑轨和质量块中。这样形成的一个完整的主动AMD控制系统，它具有高效节能、高精度的特点，其在技术上是先进的，在经济上是合理的，并且是满足环保要求的

控制装置，能更好地满足工程实际应用的需要。

(四)、附图说明

图1是磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的俯视图；

图2是图1的一种纵剖面构造图；

图3是图1的横向剖面构造图；

图4是图1的另外一种纵向剖面视图，即弧形轨道形式的纵剖面构造图；

图5是非是磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的俯视图；

图6是图5的一种纵剖面构造图；

图7是图5的横向剖面构造图；

图8是图5的另外一种纵向剖面视图，即弧形轨道形式的纵剖面构造图；

图9是已有的AMD的构成示意图。

(五)、具体实施方案

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：

实施例一，结合图1-图3，它给出的是一种磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的一种实施方案的结构。它包括质量块2，质量块的下部安装有作为直线电机次极的直流励磁线圈4，质量块的下方设置有滑轨床1，滑轨床内设置有作为直线电机初极的长定子绕组3，滑轨床呈矩形槽状，在滑轨床的两个端壁7上安装有防碰壁弹簧组5，质量块的两侧及滑轨床的侧壁上安装有悬浮电磁铁组6。采用常导磁悬浮技术(EMS)或超导磁悬浮技术(EDS)，在质量块的两个侧面及与其相对的轨道上安装上电磁铁或永磁铁，依靠其相互作用的吸引力和排斥力使质量悬浮起来，通过改变电磁铁中通入的电流大小来调节悬浮高度。如果不需要悬浮质量块也可以省去这一步骤。然后，把传统的旋转电动机改造成为直线电动机，把一台旋转感应电动机沿着一条半径方向剖开，并且展平，在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初极，把它装置于滑轨床中，相当于旋转电机转子的叫次极，把它安装在质量块中。将传统圆筒型电机的初极展开拉直形成了滑轨，变初极的封闭磁场为开放磁场，在电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，产生气隙磁场，其气隙磁场9的分布情况与旋转电机相似，是沿展开的直线方向呈正弦分布的。当三相电流随时间变化时，气隙磁场按定向相序沿直线移动，是平移的行波磁场。当次极(质量块)中通入直流电，它和气隙磁场相互作用便产生了电磁推力，此时初极(滑轨床)是固定不动的，次极就顺着行波磁场运动的方向做直线运动。传统电机中，主要靠改变初极中交流电的频率及通电方式来控制电机的旋转，这里可以同时改变初极中的交流电和次极中的直流电的频率和幅值来控制质量块的运动方式。靠气隙磁场与其中通电的导线之间的相互作用实现上述的主动控制力。

实施例二，结合图4，它给出的是一种磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的另一种实施方案的结构。它与上一实施方案的区别在于：滑轨床11呈弧形状，质量块2的底部呈弧形状。该弧形轨道可以节省空间，特别适于安装在空间有限的建筑中。与直线轨道不同，采用弧形轨道应尽量减小轨道水平投影尺寸，来获得占用空间小的优势。为此，质量块应尽可能的降低其重心高度，形式上越扁越好，并使其与轨道有尽可能多的接触长度，将电动机定子绕组3和直流励磁线圈4按照轨道的曲率做成弧形，分别装于弧形轨道11的顶部和质量块2的下部，轨道的曲率须经设计给定。此外，弧形的轨道构造还可以省去防碰壁弹簧及边壁等构造，余者与直线型轨道完全相同。

实施例三，结合图5-7，它给出的是一种非磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的结构。它与实施例一的区别在于：滑轨床上设置有质量块支撑滚珠12。这样可省略悬浮磁铁组。制造成本比较低廉。

实施例四，结合图8，它给出的是另一种非磁悬浮式主动质量磁驱动振动控制装置的结构。它与实施例三的区别在于：滑轨床11呈弧形状，质量块2的底部呈弧形状。

Claims (6)

1、一种主动质量磁驱动振动控制装置，它包括质量块、控制装置，其特征是：质量块的下部安装有作为直线电机次极的直流励磁线圈，质量块的下方设置有滑轨床，滑轨床内安装有作为直线电机初极的长定子绕组。

2、根据权利要求1所述的主动质量磁驱动振动控制装置，其特征是：质量块的两侧及滑轨床的侧壁上安装有悬浮电磁铁组。

3、根据权利要求1所述的主动质量磁驱动振动控制装置，其特征是：滑轨床上设置有质量块支撑滚珠。

4、根据权利要求3所述的主动质量磁驱动振动控制装置，其特征是：滑轨床的侧壁上设置有导向滚珠。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的主动质量磁驱动振动控制装置，其特征是：滑轨床呈矩形槽状，在滑轨床的两个端壁上安装有防碰壁弹簧组。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的主动质量磁驱动振动控制装置，其特征是：滑轨床呈弧形状，质量块的底部呈弧形状。

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