CN106836544A - 一种电涡流自变频调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，设置在建筑主结构上，包括弹簧、固定质量块、可变质量块、永磁体棒、伺服控制组件以及固定在主结构上的供调节质量块，所述的永磁体棒上端分别依次穿过固定质量块和可变质量块中央的永磁体棒槽道并通过螺母固定，下端伸入到开设于供调节质量块中心的电磁槽内，并且与设置在电磁槽内的导体板相对感应设置，所述的弹簧套设在永磁体棒外部，并且上端与固定质量块连接，下端与供调节质量块连接，所述的伺服控制组件分别与可变质量块和供调节质量块连接。与现有技术相比，本发明具有质量可调节、能耗小、结构简化、无需外部能源、避免摩擦、减振效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种电涡流自变频调谐质量阻尼器。
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。
但现有的电涡流调谐质量阻尼器也很难调节自身频率。一旦由于上文所述原因，致使其频率与结构频率有所偏差，减振效果将大为下降。
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质量可调节、能耗小、结构简化、无需外部能源、避免摩擦、减振效果好的电涡流自变频调谐质量阻尼器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，设置在建筑主结构上，通过调谐频率实现减振，该阻尼器包括弹簧、固定质量块、可变质量块、永磁体棒、伺服控制组件以及固定在主结构上的供调节质量块，所述的永磁体棒上端分别依次穿过固定质量块和可变质量块中央的永磁体棒槽道并通过螺母固定，下端伸入到开设于供调节质量块中心的电磁槽内，并且与设置在电磁槽内的导体板相对感应设置，所述的弹簧套设在永磁体棒外部，并且上端与固定质量块连接，下端与供调节质量块连接，所述的伺服控制组件分别与可变质量块和供调节质量块连接；
当可变质量块与固定质量块发生竖向振动时，永磁体棒与设置在电磁槽内的导体板感应产生电涡流，通过导体板发热进行耗能，同时伺服控制组件通过改变供调节质量块和可变质量块的质量调节阻尼器的频率，使阻尼器自身频率与主结构的频率相同。
所述的可变质量块和供调节质量块均为一可存放固体的容器。
所述的阻尼器还包括质量调节组件，该质量调节组件包括单片机控制器、设置在可变质量块顶部的第一加速度传感器、设置在主结构上的第二加速度传感器以及分别与固定质量块和供调节质量块连接的质量驱动单元，所述的第一加速度传感器、第二加速度传感器和质量驱动单元分别与单片机控制器通信。
所述的固体为砂粒或碎石。
所述的导体板的为铜制导体板或铝制导体板。
所述的永磁体棒的材质为稀土永磁材料、钐钴、铝镍钴或铁氧体永磁材料。
所述的永磁体棒的直径为10-20mm，长度为300-600mm。
所述的导体板与永磁体棒下端的间距为为10-30mm。
所述的质量驱动单元包括电磁阀和砂石泵。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、质量可调节、能耗小：本发明的电涡流自变频调谐质量阻尼器，可变质量块和供调节质量块的质量可通过伺服控制组件进行精确调节，且无须实时调节，仅在选定时段进行即可，所需供电量小，能够精确调节调谐质量阻尼器频率与主结构频率相同。
二、结构简化、无需外部能源：本发明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。
三、避免摩擦、减振效果好：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、操作便捷的优点。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为图2中B-B剖面图。
图4为图1中A部的局部放大图。
其中，1、可变质量块，2、固定质量块，3、弹簧，4、永磁体棒，5、永磁体棒槽道，6、单片机控制器，7、质量驱动单元，8、第一加速度传感器，9、第二加速度传感器，10、供调节质量块，11、导体板，12、螺母，13、伺服控制组件，14、电磁槽，15、主结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1-3所示，本发明提供一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，该阻尼器由固定质量块2、可变质量块1、永磁体棒4、电磁槽14、导体板11、弹簧3、供调节质量块10及伺服控制组件13组成，其中：
弹簧3的底端与供调节质量块10的顶部相连接，弹簧3的顶端与固定质量块2的底部相连接，可变质量块1固定设置于固定质量块2的顶部，可变质量块1和固定质量块2的中心均开有永磁体棒槽道5。
电磁槽14位于供调节质量块10的顶面中心处，永磁体棒4的上端用螺母12固定于可变质量块1的顶部，穿过永磁体棒槽道5后，下端插入电磁槽14内，如图4所示，可变质量块1与固定质量块2发生竖向振动时，永磁体棒4与设置于电磁槽14内的导体板11感应产生电涡流，通过导体板11发热耗能。
可变质量块1和供调节质量块10的为可存放固体的容器，可变质量块1和供调节质量块10所需的质量由放入容器内的固体例如细砂、砂石等提供。
单片机控制器6接受并处理第一加速度传感器8和第二加速度传感器9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制质量驱动单元7一次性完成可变质量块1的质量调节；
可变质量块1、固定质量块2和供调节质量块10的材料可为铜、铁、铝等，形状可为圆柱体、长方体、凹槽体等，高度可为50毫米至200毫米，直径可为300毫米至500毫米等，具体形状和参数可分别根据实际控制结构的质量和频率调节范围需要确定。本发明可通过调节永磁体棒4和导体板11的材质、尺寸和两者之间的间隔大小等调节电涡流阻尼。
质量驱动单元7的具体形式可根据固体质量的形式确定，通常设置为电磁阀和砂石泵组合的形式。
本发明的使用方法如下：
1、安装本发明的电涡流自变频调谐质量阻尼器时，往可变质量块1和供调节质量块10中加入适量固体，启动伺服控制组件13，单片机控制器6接受并处理第一加速度传感器8和第二加速度传感器9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制质量驱动单元7一次性完成可变质量块1的质量调节，关闭伺服控制组件13。
2、经过一段时间的使用后，主结构可能与电涡流自变频调谐质量阻尼器的频率有所偏差。启动伺服控制组件13，单片机控制器6接受并处理第一加速度传感器8和第二加速度传感器9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制质量驱动单元7一次性完成可变质量块1的质量调节，关闭伺服控制组件13。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (9)
1.一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，设置在建筑主结构(15)上，通过调谐频率实现减振，其特征在于，该阻尼器包括弹簧(3)、固定质量块(2)、可变质量块(1)、永磁体棒(4)、伺服控制组件(13)以及固定在主结构(15)上的供调节质量块(10)，所述的永磁体棒(4)上端分别依次穿过固定质量块(2)和可变质量块(1)中央的永磁体棒槽道(5)并通过螺母(12)固定，下端伸入到开设于供调节质量块(10)中心的电磁槽(14)内，并且与设置在电磁槽(14)内的导体板(11)相对感应设置，所述的弹簧(3)套设在永磁体棒(4)外部，并且上端与固定质量块(2)连接，下端与供调节质量块(10)连接，所述的伺服控制组件(13)分别与可变质量块(1)和供调节质量块(10)连接；
当可变质量块(1)与固定质量块(2)发生竖向振动时，永磁体棒(4)与设置在电磁槽(14)内的导体板(11)感应产生电涡流，通过导体板(11)发热进行耗能，同时伺服控制组件通过改变供调节质量块(10)和可变质量块(1)的质量调节阻尼器的频率，使阻尼器自身频率与主结构的频率相同。
2.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的可变质量块(1)和供调节质量块(10)均为一可存放固体的容器。
3.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的阻尼器还包括质量调节组件，该质量调节组件包括单片机控制器(6)、设置在可变质量块(1)顶部的第一加速度传感器(8)、设置在主结构(15)上的第二加速度传感器(9)以及分别与固定质量块(2)和供调节质量块(10)连接的质量驱动单元(7)，所述的第一加速度传感器(8)、第二加速度传感器(9)和质量驱动单元(7)分别与单片机控制器(6)通信。
4.根据权利要求2所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的固体为砂粒或碎石。
5.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的导体板(11)的为铜制导体板或铝制导体板。
6.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的永磁体棒(4)的材质为稀土永磁材料、钐钴、铝镍钴或铁氧体永磁材料。
7.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的永磁体棒(4)的直径为10-20mm，长度为300-600mm。
8.根据权利要求1所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的导体板(11)与永磁体棒(4)下端的间距为为10-30mm。
9.根据权利要求3所述的一种电涡流自变频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的质量驱动单元(7)包括电磁阀和砂石泵。
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