CN220080378U - 一种减振用半主动阻尼器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种减振用半主动阻尼器，涉及建筑结构半主动控制的技术领域，包括质量块、摆绳、磁场装置以及监测装置，所述质量块通过所述摆绳吊装，且所述质量块具有磁性；所述磁场装置包括磁场发生件以及第一驱动件，所述磁场发生件围合形成磁场空间，所述质量块位于所述磁场空间中；所述磁场发生件于所述磁场空间中沿水平方向生成磁场，所述第一驱动件驱使所述磁场发生件围绕所述质量块转动，所述磁场发生件转动改变磁场方向；所述监测装置于所述建筑结构上监测振动方向以及振动强度，所述监测装置与所述磁场发生件以及所述第一驱动件均信号连接。本申请能够及时对建筑结构的振动做出反应，且对建筑结构的减振效果显著提高。

Description

一种减振用半主动阻尼器

技术领域

本申请涉及建筑结构半主动控制的技术领域，尤其是涉及一种减振用半主动阻尼器。

背景技术

风荷载和地震作用下，高层高耸建筑结构的侧向变形控制十分困难，该问题得到了相关专家的广泛重视。经过大量的实践证实，质量调谐阻尼器(后简称阻尼器)对于建筑结构来说是一种非常有效的减振控制装置，通过对侧向刚度、质量块及阻尼参数进行合理的设定，可以极大的减小结构的侧向振动，并能减小结构承受的水平剪力。

现有的建筑结构中，阻尼器的控制形式主要包括主动控制、被动控制以及半主动控制。其中，半主动控制属于参数控制，利用控制机构来主动调节结构的内部参数，使结构始终处于最优的状态。半主动控制与主动控制相比，不需要大量的外部输入力，只需要少量的外部输入力来驱动实施作用力的驱动器，尽可能主动利用结构振动响应过程中的相对变形和速度，来实现最优控制。

由于半主动控制兼具被动控制简单易行与经济性的优点，因此现在对半主动阻尼器于建筑结构中的应用这一方面的研究的热度也越来越高，且半主动阻尼器对建筑结构的减振效果仍具有较大的提升空间。

实用新型内容

本申请提供一种减振用半主动阻尼器，能够及时对建筑结构的振动做出反应，且对建筑结构的减振效果显著提高。

本申请提供一种减振用半主动阻尼器，采用如下的技术方案：

一种减振用半主动阻尼器，设置于建筑结构上且靠近所述建筑结构的顶部，包括质量块、摆绳、磁场装置以及监测装置，所述摆绳位于所述质量块的上方，所述质量块通过所述摆绳于所述建筑结构上吊装，且所述质量块具有磁性；所述磁场装置包括磁场发生件以及第一驱动件，所述磁场发生件围合形成磁场空间，所述质量块位于所述磁场空间中；所述磁场发生件于所述磁场空间中沿水平方向生成磁场，所述第一驱动件驱使所述磁场发生件围绕所述质量块转动，所述磁场发生件转动改变磁场方向；所述监测装置于所述建筑结构上监测振动方向以及振动强度，所述监测装置与所述磁场发生件以及所述第一驱动件均信号连接。

通过采用上述技术方案，当监控装置未运行工作时，建筑结构的顶部受风荷载或地震作用发生振动后，质量块将通过摆绳发生摆动，且一段时间后，质量块的摆动方向将与建筑结构受振动位移方向相反，质量块能够抑制建筑结构受振动发生的位移，从而起到减振效果；当监控装置运行工作时，建筑结构的顶部受风荷载或地震作用发生振动后，监控装置将根据建筑结构的振动位移方向以及振动强度，控制磁场装置对质量块产生方向相反且磁力作用合适的磁场，在质量块在磁场作用下移动到一定位置后消除磁场，使质量块发生摆动，此时质量块摆动对建筑结构受振动发生的位移的抑制效果提高，且时间滞后性减小，从而能够通过半主动的控制方式及时对建筑结构起到减振效果且效果更佳；此外，当建筑结构受振动的位移方向和振动强度发生变化时，监测装置能够控制磁场装置对质量块的摆动方向以及摆动位置进行调节，进一步提高减振效果。

可选的，还包括具有隔磁功能的箱体，所述箱体设置于所述建筑结构上，所述箱体的内部具有供所述质量块摆动的摆动空间，且所述磁场装置位于所述摆动空间中。

通过采用上述技术方案，箱体为其他结构提供安装条件且为质量块摆动提供摆动空间，箱体隔磁能够减小磁场装置对箱体外其他部件的影响，同时也能够减小箱体外其他部件对磁场装置产生的磁场的影响。

可选的，还包括收卷装置，所述收卷装置包括收卷件以及第二驱动件，所述收卷件设置于所述箱体上且位于所述摆动空间的顶部，所述摆绳远离所述质量块的一端与所述收卷件连接且部分收卷于所述收卷件上；所述收卷件与所述箱体转动连接，所述第二驱动件驱使所述收卷件转动，且所述第二驱动件与所述监测装置信号连接。

通过采用上述技术方案，第二驱动件驱使收卷件转动能够对摆绳伸出的长度进行调节，从而改变质量块的摆动频率，使质量块的摆动频率接近建筑结构的振动频率，进而进一步提高减振效果。

可选的，所述磁场装置还包括安装座以及第三驱动件，所述磁场发生件以及所述第一驱动件均设置于所述安装座上，所述安装座与所述箱体沿竖直方向滑动连接，所述第三驱动件设置于所述箱体上，所述第三驱动件驱使所述安装座滑动，且所述第三驱动件与所述第二驱动件信号连接。

通过采用上述技术方案，当摆绳的伸出的长度发生变化时，质量块摆动的区域也将发生变化，第三驱动件收到第二驱动件输出的信号后，将控制磁场装置产生的磁场区域相对于摆动空间沿竖直方向移动，从而使磁场发生件保持围绕质量块，便于磁场装置及时产生磁场对质量块的摆动进行调节。

可选的，还包括限位球，所述箱体的内部具有支架，所述限位球与所述支架球铰接，所述限位球上开设有供所述摆绳穿过的穿孔；所限位球的周侧向外延伸有限位部，所述支架的内部开设有与所述限位部相适配的限位槽；所述质量块摆动使所述限位部与所述限位槽的槽壁相抵时，所述质量块与所述箱体的内壁之间保持间距。

通过采用上述技术方案，限位球上限位部与限位槽之间的配合能够对质量块的摆动起到限位作用，从而降低质量块在摆动过程中与其他结构发生碰撞的概率；并且能够尽可能的减小摆动空间的大小，进而减小箱体占用的空间。

可选的，还包括电磁铁，所述电磁铁设置于所述支架的内部且围绕所述限位球，所述限位部具有磁性，所述限位球与所述监测装置信号连接。

通过采用上述技术方案，质量块摆动的过程中，当监测装置检测到建筑结构受振动的位移方向以及振动强度发生改变时，改变电磁铁对限位部的磁吸作用，能够对质量块摆动的速度以及幅度进行辅助调节，使质量块摆动的相关参数与建筑结构所受的振动相匹配，进一步提高了半主动控制的便捷性，同时也能够使对质量块摆动的控制更加迅速和精细。

可选的，还包括位置感应件，所述位置感应件设置于所述限位槽的槽壁上，所述位置感应件与所述监测装置信号连接。

通过采用上述技术方案，当位置感应件感应到限位部靠近时，位置感应件将输出信号至监测装置，由监测装置根据质量块的摆动情况对电磁铁进行控制，有效防止质量块摆动过度与其他结构碰撞。

可选的，所述穿孔的两端的边沿均具有倒角。

通过采用上述技术方案，能够方便摆绳穿过穿孔，同时能够在质量块摆动的过程中降低摆绳与穿孔边沿摩擦导致摆绳受损的概率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.采用简单易行的半主动控制形式，能够在建筑结构出现振动时，及时有效地对建筑结构进行减振；

2.能够根据建筑结构受振动位移的方向、振动强度以及振动频率等参数，对质量块的摆动进行相对应的调整，提高质量块摆动对建筑结构振动的抑制效果。

附图说明

图1是本申请实施例一种减振用半主动阻尼器内部的结构示意图；

图2是本申请实施例一种减振用半主动阻尼器的剖视图；

图3是图1中A处的放大图。

附图标记说明：1、箱体；11、摆动空间；12、支架；121、限位槽；2、监测装置；3、质量块；4、摆绳；5、磁场装置；51、磁场发生件；511、发生部；512、磁场空间；52、安装座；53、第一驱动件；54、第三驱动件；6、收卷装置；61、第二驱动件；62、收卷件；7、电磁铁；8、限位球；81、穿孔；82、限位部；83、倒角；9、建筑结构；10、位置感应件。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

参照图1和图2，本申请实施例公开一种减振用半主动阻尼器，包括箱体1、监测装置2、质量块3、摆绳4、磁场装置5、收卷装置6以及电磁铁7。质量块3通过摆绳4于箱体1内部吊装，且质量块3通过摆绳4实现摆动从而起到减振效果；磁场装置5、收卷装置6以及电磁铁7均用于对质量块3的摆动过程进行调节；监测装置2用于监测建筑结构9受振动位移的方向、振动强度以及振动频率等参数，并根据监测得到的数据对磁场装置5、收卷装置6以及电磁铁7进行控制，实现半主动控制。

箱体1固定安装于建筑结构9靠近顶部的位置，且箱体1位于建筑结构9的中心位置。优选箱体1整体为圆柱体结构，即箱体1的轴线与建筑结构9的竖直中心线重合。箱体1的内部具有供质量块3摆动的摆动空间11，且摆动空间11的形状也为圆柱体。

箱体1于摆放空间中具有支架12，支架12靠近箱体1的顶部，且支架12的长度方向水平。收卷装置6固定安装于支架12上且位于支架12的上方，收卷装置6包括第二驱动件61以及收卷件62。优选收卷件62为用于收绕摆绳4的筒状结构，收卷件62与支架12转动连接，且收卷件62的转动方向与箱体1的轴线垂直。优选第二驱动件61为伺服电机，第二驱动件61的输出端与收卷件62固定连接，第二驱动件61驱使收卷件62转动。由于用于收绕摆绳4的筒状结构以及伺服电机均为常见的现有技术，故在此不做赘述。

摆绳4的一端与收卷件62固定连接且部分收卷于收卷件62上，摆绳4穿过支架12后，摆绳4的另一端与质量块3固定连接，质量块3的摆动区域位于支架12的下方，优选质量块3的形状为球体。

参照图2和图3，减振用半主动阻尼器还包括用于限制质量块3摆动的限位球8，限位球8也为球体结构，限位球8上开设有供摆绳4穿过的穿孔81，穿孔81沿直线开设且开设轨迹经过限位球8的球心。限位球8安装于支架12上且与支架12球铰接，且限位球8相对于箱体1所在的位置位于箱体1的轴线上。

质量块3摆动的过程中，在质量块3摆动幅度不变的情况下，摆绳4穿出限位球8的长度与质量块3的摆动频率相关，摆绳4穿出限位球8的长度越大，质量块3的摆动频率越低，即质量块3来回摆动一次所需的时间越长；摆绳4穿出限位球8的长度越小，质量块3的摆动频率越高，即质量块3来回摆动一次所需的时间越短。

参照图3，限位球8上沿径向方向向外延伸有限位部82，限位部82整体呈环状结构。限位部82内圈的径向尺寸与限位球8表面的径向尺寸相等，且限位部82所在平面与穿孔81的开设轨迹垂直。

对应的，支架12的内部开设有与限位部82相适配的限位槽121，限位槽121的形状沿箱体1的轴线对称。摆绳4穿过穿孔81后，当质量块3未发生摆动时，此时摆绳4为竖直状态，限位部82所在平面为水平面，且限位槽121的形状也沿限位部82所在平面对称；当质量块3发生摆动时，质量块3摆动的过程中将带动限位球8转动，限位球8转动至极限位置时，限位部82与限位槽121的槽壁贴合相抵。限位槽121用于限制限位球8转动使穿孔81相对于竖直方向倾斜的程度，从而限制摆绳4的摆动角度，进而限制质量块3的摆动幅度。

当收卷件62上收卷的摆绳4全部伸出，质量块3摆动的过程中，质量块3与摆动空间11中的其他结构之间均存在间距；质量块3摆动至最高位置时，即质量块3摆动带动限位球8转动至限位部82与限位槽121的槽壁贴合相抵时，此时质量块3与箱体1的内壁之间存在间距。

为方便摆绳4穿过穿孔81，同时在质量块3摆动的过程中降低摆绳4驱使限位球8转动时，摆绳4与穿孔81两端边沿处接触摩擦导致摆绳4受损的概率。限位球8于穿孔81两端的边沿位置均开设有倒角83，优选倒角83为弧形倒角83，且倒角83的弧面朝外。

电磁铁7也固定安装于支架12的内部，电磁铁7位于限位槽121背离限位球8的一侧，且电磁铁7围绕限位球8。限位部82具有磁性，电磁铁7通电后也具有磁性且与限位部82之间形成磁极作用（相吸或排斥），且电磁铁7与限位部82之间形成的磁极作用的强度与电磁铁7的通电量呈正相关。由于电磁铁7为常见的现有技术，故在此不做赘述。

质量块3摆动的过程中，电磁铁7与限位部82之间的磁极作用能够根据需求为限位球8的转动提供阻力或助力，从而对质量块3摆动的过程进行干涉。

半主动阻尼器还包括位置感应件10，位置感应件10固定安装于支架12的内部，且位置感应件10位于限位槽121一端的槽壁上，优选位置感应件10固定安装于限位槽121的上端槽壁上。优选位置感应件10为位置传感器，用于对限位部82与限位槽121上位置感应件10所在的槽壁之间的距离进行监测。由于位置传感器为常见的现有技术，故在此不做赘述。

回到图1和图2，磁场装置5位于摆动空间11中且位于支架12的下方，磁场装置5包括用于生成磁场的磁场发生件51以及供磁场发生件51安装的安装座52，安装座52安装于箱体1的内壁上，磁场发生件51安装于安装座52上，且安装座52位于磁场发生件51的下方。

磁场发生件51整体为套筒结构，且磁场发生件51的轴线与箱体1的轴线重合。磁场发生件51同一径向方向的两端均具有发生部511，发生部511位于磁场发生件51靠近磁场空间512的一侧，且两发生部511沿磁场发生件51的径向方向对齐，且两发生部511之间形成磁场空间512。磁场发生件51启动后，两发生部511之间可沿磁场发生器的径向方向生成磁场，磁场的强度可调节且磁场的方向可更换。

质量块3自身具有磁性，当质量块3位于磁场空间512中且磁场空间512中具有磁场时，质量块3将在磁场作用下朝与磁场方向相同的方向摆动至某一位置并保持；当磁场消失后，质量块3将在自身重力作用下开始循环摆动。

安装座52为环状结构，且安装座52的轴线与磁场发生件51的轴线重合。磁场发生件51与安装座52转动连接，磁场发生件51的转动轴线与自身的轴线重合。磁场装置5还包括用于驱使磁场发生件51相对于安装座52转动的第一驱动件53，优选第一驱动件53为伺服电机，第一驱动件53固定安装于安装座52上，且第一驱动件53的输出端具有齿轮结构，磁场发生件51与安装座52的转动连接位置上也具有齿轮结构，第一驱动件53通过齿轮传动的方式驱使磁场发生件51相对于安装座52转动。

当质量块3位于磁场空间512中且磁场空间512中具有磁场时，第一驱动件53驱使磁场发生件51相对于安装座52发生转动，将改变磁场空间512中磁场的方向，从而改变质量块3在磁场作用下摆动保持的位置。

安装座52与箱体1滑动连接，安装座52的滑动方向与箱体1的轴线平行。磁场装置5还包括用于驱使安装座52滑动的第三驱动件54，第三驱动件54固定安装于箱体1的内壁，且第三驱动件54位于安装座52的下方。优选第三驱动件54为气缸，第三驱动件54的活塞杆的端部与安装座52固定连接，第三驱动件54驱使安装座52滑动，从而控制磁场空间512于摆动空间11中的高度位置。

第三驱动件54驱使安装座52滑动的过程中具有限制，当第三驱动件54驱使安装座52朝靠近支架12的方向滑动至极限位置时，若此时摆绳4处于伸出长度最短且可使质量块3摆动的状态，则质量块3摆动的空间能够落入磁场空间512中；当第三驱动件54驱使安装座52朝远离支架12的方向滑动至极限位置时，若此时摆绳4处于伸出长度最长且可使质量块3摆动的状态，则质量块3摆动的空间也能够落入磁场空间512中。

监测装置2固定安装于箱体1的内壁且位于摆动空间11的顶部，且监测装置2于箱体1上位置居中。由于能够监测建筑结构9受振动位移的方向、振动强度以及振动频率等参数的监测装置2为本领域常见的现有技术，故在此不对其原理展开赘述。

回到图2和图3，监测装置2与第一驱动件53、第二驱动件61、第三驱动件54、电磁铁7以及磁场发生件51之间均信号连接，监测装置2能够根据自身所监测得到的数据输出信号对第一驱动件53、第二驱动件61、第三驱动件54、电磁铁7以及磁场发生件51进行控制。

建筑结构9刚发生振动时，监测装置2根据建筑结构9振动位移的方向朝第一驱动件53、第二驱动件61、第三驱动件54以及磁场发生件51输出信号，控制第二驱动件61使摆绳4伸出的长度与建筑结构9的振动频率相匹配；控制磁场发生件51于磁场空间512中生成所需强度的磁场；控制第三驱动件54改变磁场空间512的位置，使质量块3能够于磁场空间512中摆动；控制第二驱动件61改变磁场空间512中磁场的方向，使磁场消失后质量块3摆动的方向与建筑结构9振动方向相匹配。

建筑结构9后续的振动情况变化不规律，监测装置2除根据监测到的数据继续对第一驱动件53、第二驱动件61以及第三驱动件54以及磁场发生件51输出信号，使质量块3的摆动随建筑结构9受振动位移的方向以及振动频率做出调整，使质量块3的摆动方向、摆动频率以及摆动幅度均能与当时建筑结构9的振动情况相匹配；还向电磁铁7输出信号，控制电磁铁7通电与限位部82形成磁极作用，根据建筑结构9的振动情况加剧或减弱，对质量块3的摆动对应起助力或阻力作用。

监测装置2也与位置感应件10信号连接，位置感应件10将监测到的数据传输至监测装置2，监测装置2将通过接收到的监测数据判断限位球8的转动情况，从而判断质量块3的摆动情况，便于监测装置2根据质量块3的摆动情况通过电磁铁7对质量块3的摆动进行控制。降低质量块3摆动带动限位球8转动的过程中，限位部82与限位槽121的槽壁撞击导致限位部82受损的概率。

同时，监测装置2通过电磁铁7对质量块3的摆动进行控制的过程中，位置感应件10能够将相关数据反馈至监测装置2，从而能够核实监测装置2通过电磁铁7对质量块3摆动的控制是否准确，进而提高监测装置2根据建筑结构9不同振动情况对质量块3摆动情况进行调节的精确度。

为了降低箱体1外的部件对磁场空间512中的磁场产生的影响，同时也为了降低磁场空间512中的磁场对箱体1外的部件产生的影响，箱体1由隔磁材料制成，优选箱体1由硅钢片制成。

本申请实施例一种减振用半主动阻尼器的实施原理为：

建筑结构9刚发生振动时，监测装置2根据监测得到的数据对磁场装置5以及收卷装置6进行控制，使质量块3位于强度、方向均合适的磁场中，且摆绳4伸出的长度合适，从而使质量块3在磁场作用下摆动至合适位置后磁场消失，质量块3在自身重力作用下摆动对建筑结构9起减振作用；

建筑结构9发生振动至振动结束的过程中，监测装置2根据监测得到的数据对磁场装置5、收卷装置6以及电磁铁7进行控制，使质量块3的摆动情况能够随建筑结构9振动情况的改变而改变。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种减振用半主动阻尼器，设置于建筑结构（9）上且靠近所述建筑结构（9）的顶部，其特征在于，包括质量块（3）、摆绳（4）、磁场装置（5）以及监测装置（2），所述摆绳（4）位于所述质量块（3）的上方，所述质量块（3）通过所述摆绳（4）于所述建筑结构（9）上吊装，且所述质量块（3）具有磁性；所述磁场装置（5）包括磁场发生件（51）以及第一驱动件（53），所述磁场发生件（51）围合形成磁场空间（512），所述质量块（3）位于所述磁场空间（512）中；所述磁场发生件（51）于所述磁场空间（512）中沿水平方向生成磁场，所述第一驱动件（53）驱使所述磁场发生件（51）围绕所述质量块（3）转动，所述磁场发生件（51）转动改变磁场方向；所述监测装置（2）于所述建筑结构（9）上监测振动方向以及振动强度，所述监测装置（2）与所述磁场发生件（51）以及所述第一驱动件（53）均信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，还包括具有隔磁功能的箱体（1），所述箱体（1）设置于所述建筑结构（9）上，所述箱体（1）的内部具有供所述质量块（3）摆动的摆动空间（11），且所述磁场装置（5）位于所述摆动空间（11）中。

3.根据权利要求2所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，还包括收卷装置（6），所述收卷装置（6）包括收卷件（62）以及第二驱动件（61），所述收卷件（62）设置于所述箱体（1）上且位于所述摆动空间（11）的顶部，所述摆绳（4）远离所述质量块（3）的一端与所述收卷件（62）连接且部分收卷于所述收卷件（62）上；所述收卷件（62）与所述箱体（1）转动连接，所述第二驱动件（61）驱使所述收卷件（62）转动，且所述第二驱动件（61）与所述监测装置（2）信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，所述磁场装置（5）还包括安装座（52）以及第三驱动件（54），所述磁场发生件（51）以及所述第一驱动件（53）均设置于所述安装座（52）上，所述安装座（52）与所述箱体（1）沿竖直方向滑动连接，所述第三驱动件（54）设置于所述箱体（1）上，所述第三驱动件（54）驱使所述安装座（52）滑动，且所述第三驱动件（54）与所述第二驱动件（61）信号连接。

5.根据权利要求3所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，还包括限位球（8），所述箱体（1）的内部具有支架（12），所述限位球（8）与所述支架（12）球铰接，所述限位球（8）上开设有供所述摆绳（4）穿过的穿孔（81）；所限位球（8）的周侧向外延伸有限位部（82），所述支架（12）的内部开设有与所述限位部（82）相适配的限位槽（121）；所述质量块（3）摆动使所述限位部（82）与所述限位槽（121）的槽壁相抵时，所述质量块（3）与所述箱体（1）的内壁之间保持间距。

6.根据权利要求5所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，还包括电磁铁（7），所述电磁铁（7）设置于所述支架（12）的内部且围绕所述限位球（8），所述限位部（82）具有磁性，所述限位球（8）与所述监测装置（2）信号连接。

7.根据权利要求5所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，还包括位置感应件（10），所述位置感应件（10）设置于所述限位槽（121）的槽壁上，所述位置感应件（10）与所述监测装置（2）信号连接。

8.根据权利要求5所述的一种减振用半主动阻尼器，其特征在于，所述穿孔（81）的两端的边沿均具有倒角（83）。