專利名稱：自供電磁流變智能減振系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，適用于土木工程結(jié)構(gòu)減振的半主動控制。
背景技術(shù)：
土木工程結(jié)構(gòu)振動控制可以有效地減輕結(jié)構(gòu)在風、地震、車輛等動力作用下的反應(yīng)和損傷積累，有效地提高結(jié)構(gòu)的抗振能力和抗災(zāi)性能，是結(jié)構(gòu)抗振減振和防災(zāi)減災(zāi)的有效方法和技術(shù)。
結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、主動控制、半主動控制和混合控制。被動控制不需要外界提供能量，而依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間，結(jié)構(gòu)與輔助系統(tǒng)之間相互作用消耗能量，從而達到減振的目的。主動控制是在有外加能源供給情況下，控制裝置按某種控制規(guī)律對結(jié)構(gòu)施加主動控制力。半主動控制以被動控制為依托，以較小的能量對控制狀態(tài)進行切換，來獲得較好的控制效果?；旌峡刂剖且圆煌目刂品椒ㄏ嘟Y(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，使主動控制提供較小的控制力就可以有效地減小結(jié)構(gòu)的振動。土木工程結(jié)構(gòu)減振的主動控制技術(shù)理論上是可行的，但目前的共識是其可靠性難以保證，且成本較高，近年來以智能材料為基礎(chǔ)的半主動控制日益獲得重視。磁流變阻尼器是一種問世不久的智能阻尼器，具有控制能耗低、出力大、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力連續(xù)順逆可調(diào)，并可方便地與微機控制結(jié)合等優(yōu)良特點。自從20世紀90年代被引入到土木工程結(jié)構(gòu)振動控制以來，磁流變阻尼器受到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。目前市場上供應(yīng)的磁流變阻尼器多為電磁調(diào)節(jié)式，如美國Lord公司產(chǎn)品，該阻尼器由磁流變液、活塞、線圈、外缸等組成，作用在阻尼器兩端的往復外力推動活塞，活塞兩端的磁流變液通過活塞上的節(jié)流孔往復流動。當線圈內(nèi)的電流增大，節(jié)流孔內(nèi)磁場就會增強，磁流變液流過節(jié)流孔的阻力隨之增大，使得阻尼器輸出的阻尼力增大，反之，電流減小，阻尼力也減小。因此通過對輸入電流的調(diào)節(jié)，即可控制阻尼器阻尼力的大小。由于上述特點，目前市場上供應(yīng)的磁流變阻尼器都要求配置可靠的供電系統(tǒng)。但是當它用于橋梁等戶外結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)抗震時，不方便或不能保證可靠的供電，制約了磁流變阻尼器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。當前已開發(fā)出無需供電的永磁式磁流變阻尼器，并在斜拉橋拉索減振中獲得實際應(yīng)用，但其只能達到被動最優(yōu)。
在土木工程結(jié)構(gòu)中要充分發(fā)揮磁流變阻尼器用于半主動控制的優(yōu)勢，必須保證控制的高度可靠性，以及克服半主動控制系統(tǒng)對外部電源的依賴性和傳感器、控制電路壽命大大低于結(jié)構(gòu)使用壽命的弱點。對土木工程結(jié)構(gòu)減振來說，由于被控結(jié)構(gòu)與磁流變阻尼器的活塞桿相連，被控結(jié)構(gòu)的動態(tài)振動信息可通過磁流變阻尼器的缸體與活塞桿之間的相對位移、速度或加速度來體現(xiàn)?，F(xiàn)有的基于磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)多采用與磁流變阻尼器并行配置的位移、速度或加速度傳感器實現(xiàn)被控對象的動態(tài)振動信息的測量，存在成本大、結(jié)構(gòu)復雜及受環(huán)境干擾大等問題。目前已有集成相對速度傳感功能的磁流變阻尼器，但是該系統(tǒng)仍過于復雜，包括雙線圈式MR阻尼器、信號預處理電路、控制器及電流驅(qū)動器等諸多模塊。2005年，國外有學者提出在傳統(tǒng)的磁流變阻尼器的活塞桿上固定永磁體，在外缸上固定感應(yīng)線圈，當結(jié)構(gòu)振動帶動活塞桿振動時，感應(yīng)線圈的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，然后直接給MR阻尼器的勵磁線圈供電，實施自適應(yīng)控制，但該方案對于振動幅值小、頻率低的土木工程結(jié)構(gòu)，感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢往往較小，再加上電路損耗，難以投入實際半主動控制應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，使該系統(tǒng)的阻尼參數(shù)可隨被控結(jié)構(gòu)振動實時變化，且阻尼力調(diào)節(jié)范圍大，穩(wěn)定可靠，可實現(xiàn)多種方式的最優(yōu)自動控制，從而解決應(yīng)用磁流變阻尼器進行土木工程結(jié)構(gòu)半主動控制時可靠性難于保證的難題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述自供電磁流變智能減振系統(tǒng)包括電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器、齒條齒輪加速器、永磁式直流發(fā)電機，其技術(shù)特征是，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器的活塞桿與所述齒條齒輪加速器的齒條固聯(lián)，而該齒條齒輪加速器的末級齒輪安裝在所述永磁式直流發(fā)電機的軸上，所述永磁式直流發(fā)電機的輸出端同所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器的電磁線圈接線端連接。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)包括電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12、齒條齒輪加速器13、永磁式直流發(fā)電機9，其技術(shù)特征是，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的活塞桿2與所述齒條齒輪加速器13的齒條6固聯(lián)，而該齒條齒輪加速器13的末級小齒輪安裝在所述永磁式直流發(fā)電機9的軸上，所述永磁式直流發(fā)電機9的輸出端同所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁線圈接線端連接。
如圖1所示，還可在所述永磁式直流發(fā)電機9的輸出端與電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁線圈接線端之間安裝控制器(現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu))11，以更好地實施智能控制。
參見圖1，實際使用時，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的活塞桿2與齒條齒輪加速器13的齒條6的固聯(lián)端同被控結(jié)構(gòu)10固聯(lián)；當被控結(jié)構(gòu)開始振動時，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的活塞桿2隨之產(chǎn)生相應(yīng)的運動，而該阻尼器振動時帶動齒條6往復運動，通過所述齒條齒輪加速器13帶動所述永磁式直流發(fā)電機9轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生一個直接正比于阻尼器速度的電動勢，其正負極隨阻尼器活塞1運動方向而改變。該電動勢經(jīng)控制器11按一定方式反饋到電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁鐵線圈，實時改變阻尼器參數(shù)。由此可見，永磁式直流發(fā)電機9既是被控結(jié)構(gòu)10振動的傳感器，又是減振系統(tǒng)半主動控制的能源發(fā)生器；土木工程結(jié)構(gòu)的振動幅值小，頻率低，但出力很大，因此需要設(shè)置加速器，齒條齒輪加速器13不僅能將電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的往復運動變換為永磁式直流發(fā)電機9轉(zhuǎn)子的正反向轉(zhuǎn)動，同時提高了該發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確保電機能夠產(chǎn)生足夠大的電動勢和輸出功率，滿足磁流變阻尼器調(diào)節(jié)阻尼力的需要。
本發(fā)明系統(tǒng)中，可將齒條齒輪加速器13和永磁式直流發(fā)電機9集成為一體。所述控制器11可采用現(xiàn)有技術(shù)，如用單片機做為控制單元，它根據(jù)采集到的永磁式直流發(fā)電機9的輸出電壓信號，通過運算給出相應(yīng)的控制指令，由執(zhí)行單元向電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁線圈提供具有適當電流與電壓的工作電源。
由以上可知，本發(fā)明為一種自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，適用于土木工程結(jié)構(gòu)減振的半主動控制，它同現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點有1、本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)無需外界電源，就可實現(xiàn)電磁調(diào)節(jié)，特別是用于橋梁等戶外結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)抗震時，可避免由于不方便或不能保證可靠供電而給阻尼器使用造成的障礙；2、本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)的永磁式直流發(fā)電機既是結(jié)構(gòu)振動的傳感器，又是減振系統(tǒng)半主動控制的能源發(fā)生器；3、本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)通過齒條齒輪加速器不僅將阻尼器的往復運動變?yōu)榘l(fā)電機轉(zhuǎn)子的正反向轉(zhuǎn)動，同時提高了發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確保電機能夠產(chǎn)生足夠大的電動勢和輸出功率，滿足磁流變阻尼器調(diào)節(jié)阻尼力的需要，并且可以通過設(shè)計齒條齒輪加速器的加速比來直接控制發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的大小。
4、本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)簡化了基于MR阻尼器的半主動減振系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)成本造價，且可靠、穩(wěn)定、簡單實用，具有明顯的自適應(yīng)特征。


圖1是本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中1-活塞，2-活塞桿，3-外缸，4-磁流變液，5-電磁鐵，6-齒條，7-大齒輪， 8-小齒輪，9-永磁式直流電機，
10-被控結(jié)構(gòu)，11-控制器，12-電磁式磁流變阻尼器，13-齒條齒輪加速器。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的自供電磁流變智能減振系統(tǒng)主要由電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12、齒條齒輪加速器13、永磁直流電機9、控制器11組成；其中，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的活塞桿2與所述齒條齒輪加速器13的齒條6固聯(lián)，而該齒條齒輪加速器13的末級小齒輪安裝在所述永磁式直流發(fā)電機9的軸上，永磁式直流發(fā)電機9的輸出端同所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁線圈接線端之間安裝控制器11，并將齒條齒輪加速器13和永磁式直流發(fā)電機9集成為一體。
所述控制器11采用現(xiàn)有技術(shù)，如用單片機做為控制單元，它根據(jù)采集到的永磁式直流發(fā)電機9的輸出電壓信號，通過運算給出相應(yīng)的控制指令，由執(zhí)行單元向電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的電磁線圈提供具有適當電流與電壓的工作電源。
所述齒條齒輪加速器13的一種組成是，齒條6同大齒輪7相嚙合，而該大齒輪7又同裝在永磁直流電機9的軸上的小齒輪8相嚙合。實際應(yīng)用時，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器12的活塞桿2與所述齒條齒輪加速器13的齒條6的固聯(lián)端同被控結(jié)構(gòu)10固聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，包括電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器(12)、齒條齒輪加速器(13)、永磁式直流發(fā)電機(9)，其特征是，所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器(12)的活塞桿(2)與所述齒條齒輪加速器(13)的齒條(6)固聯(lián)，而該齒條齒輪加速器(13)的末級小齒輪安裝在所述永磁式直流發(fā)電機(9)的軸上，所述永磁式直流發(fā)電機(9)的輸出端同所述電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器(12)的電磁線圈接線端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，其特征是，在所述永磁式直流發(fā)電機(9)的輸出端與電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器(12)的電磁線圈接線端之間安裝控制器(11)。
全文摘要
一種自供電磁流變智能減振系統(tǒng)，包括電磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器、齒條齒輪加速器、永磁式直流發(fā)電機，所述阻尼器的活塞桿與所述加速器的齒條固聯(lián)，而加速器的末級小齒輪裝在所述直流發(fā)電機軸上，該直流發(fā)電機的輸出端同所述阻尼器的電磁線圈接線端連接，還可在所述直流發(fā)電機的輸出端與阻尼器的電磁線圈接線端之間安裝控制器。本發(fā)明的核心技術(shù)是將結(jié)構(gòu)振動的傳感器與磁流變阻尼器的供電電源集成到小型永磁式直流電機上。本發(fā)明適用于土木工程結(jié)構(gòu)減振，它無需外界電源即可實現(xiàn)半主動實時控制，降低了系統(tǒng)成本造價，且可靠、穩(wěn)定、簡單實用，具有明顯的自適應(yīng)特征。
文檔編號F16F9/53GK101086179SQ200710034309
公開日2007年12月12日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者陳政清 申請人:湖南大學