[发明专利]电磁谐振式惯质阻尼器

说明书

本发明公开了一种电磁谐振式惯质阻尼器，包括尾筒、滚珠丝杠机构、变速箱和旋转飞轮、发电机及蓄电池；发电机安装在尾筒内，发电机通过变速箱与飞轮的一端连接，飞轮的另一端与滚珠丝杠机构的丝杠连接；滚珠丝杠机构的螺母与连接件连接；发电机输出端与电阻‑电感‑电容式RLC串联谐振电路连接，电阻‑电感‑电容式RLC串联谐振电路与稳压电流器连接，稳压电流器与蓄电池连接；蓄电池输出端通过导线与自供能半主动控制器模块连接，自供能半主动控制器模块通过信号线与稳压电流器连接。发明具有发电效率高、非接触、无机械摩擦和磨损、无需润滑、寿命长及刚度与阻尼可控的特点；并且能够将结构振动机械能转化为电能，收集振动能量。

技术领域

本发明属于阻尼器技术领域，具体是涉及一种电磁谐振式惯质阻尼器。

背景技术

土木工程结构在受到自然环境中强风，暴雨，地震等外部作用下，容易产生大幅振动，增加了结构的损伤，以至于影响结构的安全性和舒适性，同时减少了结构的使用年限。如何减轻结构由于外界动力荷载所引起的响应这一问题，成为了国内外学者研究的热点。迄今为止，国内外学者研究并开发了众多结构控制技术，根据所采取的控制措施是否需要外部能源可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制等。结构被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术，可分为基础隔振和耗能吸能减振两大类，如隔震支座和调谐质量阻尼器，但是被动控制装置存在一些缺点，如 TMD 减振调谐受限易谐振失调，且由于传统调谐质量阻尼器的弹簧和阻尼的特性不随时间变化而变化，因而限制了传统调谐质量阻尼器对各种频率和形式外界激励的适应能力；结构主动控制是利用外部能源，在结构受激励振动过程中，对结构施加主动控制力，从而迅速减振，然而由于其结构复杂、耗能高、成本高等，其研究还并没有得到广泛应用。近年来，由于半主动控制具备被动控制系统的鲁棒性与主动控制系统的可调性等优点，成为土木工程隔振、减振及振动控制研究与工程应用的重要技术，然而由于半主动控制需要有专用的传感器和控制设备给阻尼器输入能量，也限制了半主动控制技术的应用。

“惯质”的概念于Smith于2002年提出，其实质是一种通过旋转或惯性飞轮放大质量的容器，目前研究主要集中在汽车悬架和火车悬架的减隔振方面。为解决阻尼器谐振失调、对各种频率和形式外界激励的适应能力以及主动控制与半主动外部能源供应的问题，国内外学者积极开展自供能半主动控制、阻尼器调频和调阻尼比以及其他调谐方面的研究。如专利号201610644195.2，授权号CN106015420A，名称为“一种半主动式振动控制电涡流阻尼器”，由电涡流耗能模块，自动控制模块，磁场屏蔽罩，缓冲弹簧及各连接部件组成，实现了阻尼可变的半主动控制，但是改变磁场强度范围是有限的，在阻尼调节上存在一定的问题，而且振动开关的灵敏度不高，影响减振性能；专利号201310422426.1，授权号CN103470676 A，名称为“带并联阻尼器的惯性质量蓄能式减振装置”，由弹簧和阻尼器并联组成传统隔振体，由惯性质量蓄能器和阻尼器并联，再和弹簧串联组成新型隔振体，惯性质量蓄能式减振装置由传统隔振体与新型隔振体并联构成，实现了减振装置工作空间不变的情况下，可以极大地提升悬上质量的振动特性，使减振装置的整体性能得到大幅提升，但是由于阻尼器的弹簧和阻尼的特性不随时间变化而变化，因而限制了阻尼器对各种频率和形式外界激励的适应能力；专利号201110443539.0，授权号CN102493572A，名称为“一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器”，由永磁铁、线圈、辅助杆、蓄能电池、可调电阻、LED预警指示灯组成阻尼器的阻尼调节装置，通过调节阻尼调节装置中的可调电阻，从而改变电磁阻尼的大小，使结构的阻尼比达到最优阻尼比，并利用蓄能电池回收多余能量，但是由于该阻尼器无法实现对各种频率和形式外界激励的适应，容易导致阻尼器无法调频，影响阻尼器减振效果；专利号201510589913.6，授权号CN105221622A，名称为“可变旋转等效惯性质量阻尼器”，由耗能元件、平动/转动转换装置、变速装置、次要耗能元件、转动质量、控制芯片和电路等组成，实现了实时调节等效惯性质量和粘滞阻尼所需最优值，同时可实现部分振动能量的收割和储存，但由于其采用的磁流变液作为阻尼器主要耗能材料，在长期工作后，存在力学性能退化的情况；专利号201210104614.5，授权号CN102619293A，名称为“一种桁架结构的半主动颗粒阻尼器减振装置”，由填充在桁架结构空腔钢管内的导磁金属颗粒、缠绕在空腔钢管外壁的线圈、与线圈连接的电流控制模块、设置在被减振结构上的拾振传感器、和直流电源模块组成，实现了能跟踪被减振结构的振动频率并迅速调节颗粒阻尼器的最佳阻尼比，从而提高其在更宽的频带范围内的减振性能，但是此半主动颗粒阻尼器使用范围存在局限性，对于低频振动的感应不强。特别值得说明的一点，现在的控制技术中，还未见将电磁调谐谐振电路RLC、电磁耗能和惯质以及自供能半主动控制综合使用到阻尼器装置中。