[发明专利]一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器。

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。

振动能量回收，就是回收这些通常直接被耗散掉的结构振动能量。一方面，土木工程结构可回收的能量较大，而且结构的是振动无处不在的；另一方面，土木工程结构振动能量的回收也存在诸多的挑战与困难，主要体现在土木工程结构具有小振幅、低频率的特点。

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减振效果好、无需外界供能的自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自供电式自适应电涡流调谐质量阻尼器，该阻尼器包括放置在待减振结构上的阻尼发电单元、与所述阻尼发电单元连接的能量收集单元以及与能量收集单元连接并用于控制阻尼发电单元振动频率的监控驱动单元，所述阻尼发生单元包括底座、设置在底座上的弹簧以及固定在弹簧上端的压块，所述底座中部设有电磁槽，电磁槽的两个相对侧面设有导体板，所述压块中插设永磁体棒，永磁体棒的下端位于电磁槽中，工作时，所述监控驱动单元监控所述待减振结构的振动频率，然后调节所述压块的质量，控制所述压块的振动频率，所述阻尼发电单元得到的电涡流储存在能量收集单元，所述能量收集单元驱动所述监控驱动单元的工作。

所述压块包括底部的固定质量块及位于固定质量块上方的可变质量块，所述可变质量块和底座为中空结构，且所述可变质量块和底座内部设有悬浊液，所述监控驱动单元将所述悬浊液在可变质量块和底座之间输送。

所述固定质量块和可变质量块的中部设有槽道，所述永磁体棒的上端穿过槽道，并通过螺母固定在可变质量块的顶部。

所述监控驱动单元包括用于检测所述待减振结构振动频率的加速度传感器、用于驱动悬浊液在可变质量块和底座之间流动的泥浆泵以及与所述加速度传感器连接用于控制所述泥浆泵开闭的控制器，所述控制器和泥浆泵均与所述能量收集单元连接，悬浊液中可以包含细砂或细石子。

所述控制器为单片机。

所述导体板的材质为铜或铝，所述永磁体棒的材质为稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴或铁氧体永磁材料中的一种。

所述导体板与永磁体棒之间的距离为5～10mm。在此距离范围内，磁感应强度较强，导体板的发热耗能性能较好。

所述能量收集单元为蓄电池。

本发明的工作原理如下：当待减振结构振动时，通过弹簧的传递，可以使得压块与底座之间产生相对运动，从而使得永磁体棒与导体板之间产生相对运动，切割磁感线进行发电并消耗待减振结构的振动能量；产生的电流储存在能量收集单元中；同时，加速度传感器感应到待减振结构的振动幅度及频率，并将信号传输给单片机，单片机接收并处理该信号，计算调节待减振结构减振所需的可变质量块的重量，然后驱动泥浆泵从底座中输送相应质量的悬浊液到可变质量块中，或从可变质量块输送相应质量的悬浊液到底座中，从而实现可变质量块的重量的增减；可变质量块重量的增减，使得压块总重量的增减，从而实现压块与底座之间相对运动的频率的改变，从而改变永磁体棒和导体板之间的发电量，调节耗能量。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：