CN212643390U - 一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置,包括永磁体阵列、杠杆夹板、杠杆杆身、第一杠杆盖板、第二杠杆盖板、轴套、自润滑滑板、螺栓、耳座、第一调节螺丝、支撑柱、内侧导磁钢板、外侧导磁钢板、内侧导体、外侧导体与第二调节螺丝。该电涡流阻尼装置与TMD质量块和基座相连接。本实用新型装置大幅减少永磁体用量，利用永磁体的双侧磁场，以少量永磁体通过放大机构得到所需的阻尼力，降低永磁体安装的难度和风险；其承载力大，摩擦力低，具有高耐久性；具有磁屏蔽措施，可减少磁场对周边环境的影响；可实现磁场间隙的连续无级调节，即可无级调节阻尼力；在高循环次数的TMD振动下性能稳定，温度上升缓慢。

Description

一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置

技术领域：

本实用新型涉及建筑、桥梁、构筑物等结构和机械的减振领域，尤其涉及一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置。

背景技术：

随着建筑与桥梁向超高，超大跨度的方向发展，其结构在外部荷载的激振下容易产生较大的振动，当激励力频率接近结构固有频率时，结构会因共振而导致较大振动，甚至造成严重后果。调谐质量阻尼器(Tuned Mass damper，缩写TMD)是在建筑和桥梁工程中广泛应用的振动控制设备，TMD利用惯性系统吸收结构振动能量并产生有相位差的共振，来降低建筑或桥梁在风和人行荷载下由于共振效应产生的加速度、位移及荷载，TMD是与受控结构相连的振动机构，由质量、刚度和阻尼三部分单元构成，通过调整这三个单元的参数与受控结构的质量和自振频率的关系来得到最优的减振效率，另外，由于受控结构的设计质量和自振频率与实际情况存在偏差，TMD的振动频率和阻尼需要在工程竣工后根据实际情况进一步调整。

传统的TMD包括由钢材构成的质量单元，由弹簧或吊索构成的刚度单元和由液体粘滞阻尼器构成的阻尼单元构成。传统TMD中所用的液体粘滞阻尼器存在以下问题：1)安装后阻尼力无法调节；2)频繁工作时密封圈易磨损，导致漏油，属于易损件需要更换；3)因密封圈箍紧活塞杆，导致摩擦力较大，阻尼器不易启动；4)温度变化对阻尼的性能影响较大。

目前，技术人员将电涡流阻尼器代替液体粘滞阻尼器应用在TMD 上，但较多为单侧板式电涡流阻尼器。电涡流阻尼器通过永磁体与其一侧的导体之间的相对运动产生的洛伦兹力提供阻尼力，具体为永磁体与导体之间存在间隙(磁场间隙)，两者的相对运动使永磁体的磁场切割导体，导体中产生感应电涡流，感应电涡流的电磁场与永磁体磁场相反，并产生阻碍永磁体与导体的相对运动的阻尼力。阻尼力与相对运动速度成正比，并随磁场间隙的缩小而急剧升高。现有的电涡流阻尼器多为单侧板式电涡流阻尼器，例如专利2013100804643和 2016108706498，永磁体阵列构成的平面或曲面与导体构成的平面或曲面平行并存在间隙，产生在平面或曲面上的相对运动。

然而，板式电涡流阻尼器存在如下问题：1)出现垂直于永磁体和导体平面或曲面方向的振动时磁场间隙难以保证，阻尼力不稳定，磁场间隙较小的情况下永磁体和导体容易碰撞；2)当需要的永磁体和导体的面积较大时，由于加工安装误差和自重变形，导致磁场间隙难以保证，阻尼力偏差难以控制；3)由于问题1)和2)，磁场间隙无法做到很小，磁场能量利用率不高；4)只利用了永磁体一侧的磁场，另一侧没有设置导体，磁场利用率不高；5)面积较大不易布置； 6)永磁体吸力大(较大永磁体吸力通常为数十公斤)，数量多，人力安装困难，安装时经常发生损坏永磁体或致伤事件。

为了克服板式电涡流阻尼器的问题，科研技术人员开发了其他类型的电涡流阻尼器。例如专利201610895139提供了一种智能电涡流传感阻尼装置，该装置的电磁屏蔽罩中心插设活塞杆，活塞杆底端连接永磁单元，电磁屏蔽罩内部固定铜导体，铜导体底部固定永磁体，活塞杆底端的永磁单元和铜导体底部的永磁体在活塞杆的运动中发生相对位移，产生阻尼力。

专利2014104755284公开了一种利用螺旋传动制作的大型轴向电涡流阻尼器，包括传动组件和电涡流阻尼产生器，传动组件包括螺旋传动副(滚珠丝杠)和由导磁材料制成的定子、转子；螺旋传动副的螺杆穿过阻尼器主体，定子设置在上、下法兰盘上，转子包括外转子和底端设有下连接法兰盘的内转子，定子与外转子之间设有一个或多个电涡流阻尼产生器(永磁体与导体)。该装置采用滚珠丝杠传动，轴向力向滚珠施加压力，通过螺纹滚道导向使轴向运动转变为绕轴旋转运动，由于滚珠丝杠采用了钢珠作为运转承载，承载能力较低，并且对润滑条件要求较高，要定期注油润滑。同时对使用环境要求也有所提高，要注意防尘，避免杂质进入滚道内。

专利CN207437653U公开了一种座式内旋转型轴向电涡流阻尼器，该阻尼器的内筒可以在外筒内转动，多组电涡流阻尼组件沿内筒或外筒的轴向排布，电涡流阻尼组件的线圈组件沿内筒的轴向缠绕于其外壁上，磁性组件的磁性片沿外筒的轴向设置于其内壁上。该装置也是采用内部旋转的方式实现磁性片的运动，提高磁场利用率。

目前，上述的一些电涡流阻尼器虽然放大了阻尼效果，但构造比较复杂，承载力较低，多数采用内部旋转方式，对传动构造要求很高，无润滑情况下摩擦力较大，磨损比较严重，维护比较困难，而且阻尼力无法根据TMD的调试需求进行调节。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，解决现有技术中存在的一些问题，包括永磁体数量多，安装困难，磁场对周边环境的影响，构造复杂，承载力较低，对传动构造要求很高，无润滑情况下摩擦力较大，磨损比较严重，维护比较困难，而且阻尼力无法根据TMD的调试需求进行调节。

本实用新型由如下技术方案实施：一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，包括永磁体阵列、杠杆夹板、杠杆杆身、第一杠杆盖板、第二杠杆盖板、轴套、自润滑滑板、螺栓、耳座、第一调节螺丝、支撑柱、内侧导磁钢板、外侧导磁钢板、内侧导体、外侧导体与第二调节螺丝，所述永磁体阵列通过连接机构与杠杆杆身连接，所述永磁体阵列的一侧设有内侧导体，所述内侧导体上设有组装机构。

优选的，所述连接机构包括固定连接在永磁体阵列上的杠杆夹板，所述永磁体阵列通过杠杆夹板以螺丝与杠杆杆身的一端连接，所述杠杆杆身的中部的圆孔安装轴套并通过第一杠杆盖板以螺丝固定。

优选的，所述杠杆杆身的另一端开设长圆孔，所述螺栓活动套接在长圆孔内，螺栓的一端固定于TMD质量块上。

优选的，所述长圆孔直径大于螺栓，上下各以螺丝安装一个第二杠杆盖板，所述第二杠杆盖板面向长圆孔一侧以螺丝固定自润滑滑板。

优选的，所述轴套中穿螺栓与耳座圆孔连接，耳座与底部固定于 TMD基座上的支撑柱连接。

优选的，耳座与底部固定于TMD基座上的支撑柱顶部长圆孔以螺丝连接，所述耳座的固定位置可沿长圆孔前后调整。

优选的，所述组装机构包括内侧导体和外侧导体，所述永磁体阵列置于内侧导体和外侧导体之间并保持一定间隙，所述内侧导体和外侧通过第二调节螺丝固定于TMD质量块上。

优选的，所述的组装机构还包括内侧导磁钢板和外侧导磁钢板，所述内侧导体和外侧导体分别与内侧导磁钢板和外侧导磁钢板叠合。

优选的，所述的第二调节螺丝上设置螺母，通过第二调节螺丝上螺母可调整内侧导体和外侧导体的间隙。

上述电涡流阻尼装置安装于TMD中，作为其阻尼系统。具体为螺栓(8)和内侧导磁钢板(12)分别与TMD质量块栓接和焊接，支撑柱(11)底部与TMD基座以螺丝连接或焊接。

本实用新型的优点：

1、以杠杆机构放大永磁体与导体相对运动速度，用少量永磁体通过该放大机构得到所需的阻尼力，从而大幅减少永磁体用量；本实用新型所述阻尼装置阻尼力为F＝CV(L₂/L₁+1)²，其中C为永磁体阻尼系数；V为TMD振动速度；L₂为永磁体中心到螺栓(8)中心的距离；L₁为螺栓(8)中心到螺栓(8)中心的距离。例如振幅和速度放大2 倍(L₂/L₁＝2)的杠杆可将阻尼力放大9倍。

2、利用永磁体的双侧磁场，可平衡两侧的吸力并提高磁场利用率，进一步减少永磁体用量；

3、减少永磁体用量可降低永磁体安装的难度和风险；

4、杠杆机构的承载力大，可用于较大载荷需求的TMD；

5、装置摩擦力低，具有高耐久性；

6、外侧导磁钢板在增加阻尼效果的同时具有磁屏蔽效果，可减少磁场对周边环境的影响；

7、可实现磁场间隙的连续无级调节，即可无级调节阻尼力；

8、高循环次数下性能稳定，温度上升缓慢。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型的电涡流阻尼装置的正面结构示意图；

图2为本实用新型的电涡流阻尼装置的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的电涡流阻尼装置的侧面结构示意图；

图4为安装本实用新型的电涡流阻尼装置的TMD的正面结构示意图；

图5为安装本实用新型的电涡流阻尼装置的TMD的俯视结构示意图；

图6为安装本实用新型的电涡流阻尼装置的TMD在阻尼装置调节为不同磁场间隙下自由衰减的实验数据图。

图中：1、永磁体阵列；2、杠杆夹板；3、杠杆杆身；4、第一杠杆盖板；5、第二杠杆盖板；6、轴套；7、自润滑滑板；8、螺栓；9、耳座；10、第一调节螺丝；11、支撑柱；12、内侧导磁钢板；13、外侧导磁钢板；14、内侧导体；15、外侧导体；16、第二调节螺丝；17、 TMD质量块；18、TMD弹簧；19、电涡流阻尼装置。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1-5所示，本实用新型提供一种技术方案：一种安装利用杠杆机构电涡流阻尼装置的TMD，包括TMD质量块17、TMD弹簧18和由永磁体阵列1、杠杆夹板2、杠杆杆身3、第一杠杆盖板4、第二杠杆盖板5、轴套6、自润滑滑板7、螺栓8、耳座9、第一调节螺丝10、支撑柱11、内侧导磁钢板12、外侧导磁钢板13、内侧导体14、外侧导体15与第二调节螺丝16组成的电涡流阻尼装置19。

永磁体阵列1通过连接机构与杠杆杆身3连接，连接机构包括固定连接在永磁体阵列1上的杠杆夹板2，永磁体阵列1通过杠杆夹板 2以螺丝与杠杆杆身3的左端(放大端)连接，杠杆杆身3靠近中部的圆孔安装轴套6并通过第一杠杆盖板4以螺丝固定，杠杆杆身3的右端(传动端)开设直径大于螺栓8的长圆孔，长圆孔上下各以螺丝安装一个第二杠杆盖板5，第二杠杆盖板5面向长圆孔一侧以螺丝固定自润滑滑板7，螺栓8活动套接在长圆孔内。

轴套6中穿螺栓8与耳座9圆孔连接，耳座9与底部固定于TMD 基座的支撑柱11顶部长圆孔以螺丝连接，耳座9的固定位置可沿长圆孔前后调整，永磁体阵列1的两侧设有内侧导体14和外侧导体15，永磁体阵列1置于内侧导体14和外侧导体15之间并保持一定间隙，内侧导体14和外侧导体15分别与内侧导磁钢板12和外侧导磁钢板 13叠合，并以第二调节螺丝16固定于TMD质量块17上，通过第二调节螺丝16上的螺母可调整内侧导体14和外侧导体15的间隙，调整内侧导体14和外侧导体15的间隙及耳座9在支撑柱11上的位置，可无极调节永磁体与导体的间隙，进而调节阻尼力。

两个电涡流阻尼装置19设置于TMD质量块17的两侧，作为其阻尼系统。具体为螺栓(8)和内侧导磁钢板(12)分别与TMD质量块 17栓接和焊接，支撑柱(11)底部与TMD基座以螺丝连接或焊接。

工作原理：TMD质量块17在TMD弹簧18上振动时由螺栓8带动杠杆右端(传动端)，使杠杆左端(放大端)的永磁体阵列1在内侧导体14、外侧导体15之间进行运动，其振幅和运动速度被杠杆原理放大，永磁体的两面磁极同时与两侧导体板作用。由于导体板设置于 TMD质量块17上，与永磁体反向运动，增加了永磁体与导体的相对运动速度。永磁体与导体的相对运动使导体中产生感应电涡流，感应电涡流的电磁场与永磁体磁场相反，并产生阻碍永磁体与导体的相对运动的阻尼力，并且导磁钢板将放大导体中的电涡流效应。由于上述放大效应，仅需少量永磁体即可达到TMD所需的阻尼。杠杆机构的传动较为简单直接，增大杠杆截面可轻易实现较大的承载力。采用轴套 6及自润滑滑板7可在不添加润滑油的情况下，增加杠杆机构的耐磨性，大大延长使用寿命。如果阻尼力需要在TMD装配后进行调整，可调整永磁体和导体的间隙，永磁体两侧的间隙需保持一致。以上为本实用新型的全部工作原理。

实施例2

对本实用新型的装置进行阻尼性能实验

实验方法：对安装本实用新型的电涡流阻尼装置的TMD，将阻尼装置调节为不同磁场间隙，并以人工激发TMD振动，激发后令TMD自由振动，记录加速度的时程数据，并分析TMD阻尼比。

TMD为竖向振动，包括四个弹簧支撑的700kg钢制质量块，自振频率为2.5Hz；

实验结果：如图6所示，随着磁场间隙的减少，间隙由15mm降低至5mm，TMD加速度衰减逐步加快。实验证明，以少量永磁体通过该电涡流阻尼装置可达到TMD所需的阻尼比，并可以通过调节电涡流阻尼装置的磁场间隙，达到TMD的最优阻尼比。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，包括永磁体阵列(1)、杠杆夹板(2)、杠杆杆身(3)、第一杠杆盖板(4)、第二杠杆盖板(5)、轴套(6)、自润滑滑板(7)、螺栓(8)、耳座(9)、第一调节螺丝(10)、支撑柱(11)、内侧导磁钢板(12)、外侧导磁钢板(13)、内侧导体(14)、外侧导体(15)与第二调节螺丝(16)，其特征在于：所述永磁体阵列(1)通过连接机构与杠杆杆身(3)连接，所述永磁体阵列(1)的一侧设有内侧导体(14)，所述内侧导体(14)上设有组装机构。

2.根据权利要求1所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述连接机构包括固定连接在永磁体阵列(1)上的杠杆夹板(2)，所述永磁体阵列(1)通过杠杆夹板(2)以螺丝与杠杆杆身(3)的一端连接，所述杠杆杆身(3)的中部的圆孔安装轴套(6)并通过第一杠杆盖板(4)以螺丝固定。

3.根据权利要求2所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述杠杆杆身(3)的另一端开设长圆孔，所述螺栓(8)活动套接在长圆孔内，螺栓(8)的一端固定于TMD质量块(17)上。

4.根据权利要求3所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述长圆孔直径大于螺栓(8)，上下各以螺丝安装一个第二杠杆盖板(5)，所述第二杠杆盖板(5)面向长圆孔一侧以螺丝固定自润滑滑板(7)。

5.根据权利要求2所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述轴套(6)中穿螺栓与耳座(9)圆孔连接，耳座(9)与底部固定于TMD基座上的支撑柱(11)相连。

6.根据权利要求5所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：耳座(9)与底部固定于TMD基座上的支撑柱(11)顶部长圆孔以螺丝连接，所述耳座(9)的固定位置可沿长圆孔前后调整。

7.根据权利要求1所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述组装机构包括内侧导体(14)和外侧导体(15)，所述永磁体阵列(1)置于内侧导体(14)和外侧导体(15)之间保持一定间隙，所述内侧导体(14)和外侧导体(15)通过第二调节螺丝(16)固定于TMD质量块(17)上。

8.根据权利要求7所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述的组装机构还包括内侧导磁钢板(12)和外侧导磁钢板(13)，所述内侧导体(14)和外侧导体(15)分别与内侧导磁钢板(12)和外侧导磁钢板(13)叠合。

9.根据权利要求7所述的一种利用杠杆机构的电涡流阻尼装置，其特征在于：所述的第二调节螺丝(16)上设置螺母，通过第二调节螺丝(16)上螺母可调整内侧导体(14)和外侧导体(15)的间隙。

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