專利名稱：基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于結(jié)構(gòu)振動控制裝置，特別涉及一種半主動控制系統(tǒng)中不需借 助外供能源即能達到控制效果的阻尼調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)振動控制是通過在結(jié)構(gòu)中安裝各種控制裝置，從而達到減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)、 保障結(jié)構(gòu)安全的目的。主要包括被動控制、主動控制和半主動控制三類。
被動控制是在結(jié)構(gòu)上安裝被動阻尼器用于限制或者阻尼結(jié)構(gòu)的振動，其特點是不 需要輸入外界能量，阻尼器的特性是不可控的，只能對設(shè)計條件下的振動激勵起到良好的 振動抑制。主動控制需要實時測量結(jié)構(gòu)振動特征，采用主動控制算法運算和決策最優(yōu)控制 力，作動器在很大的外部能量輸入下實現(xiàn)最優(yōu)控制力，振動抑制效果良好，但易于出現(xiàn)控制 發(fā)散；且由于需要很大的能量和多個作動器，導(dǎo)致主動控制在實際振動控制中難以實現(xiàn)。半 主動控制的原理與結(jié)構(gòu)主動控制的基本相同，其作動器需要少量的能源調(diào)節(jié)以便改變結(jié)構(gòu) 的力學(xué)參數(shù)，使結(jié)構(gòu)振動能量得到抑制。因此，半主動控制比主動控制容易實施而且更經(jīng) 濟，控制效果與主動控制相近，且不會出現(xiàn)控制發(fā)散問題，振動抑制效果良好，具有較大的 研究和開發(fā)價值。
隨著社會發(fā)展和建筑技術(shù)的進步，建造大跨度橋梁等超大型結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為可能， 被動控制方法不能有效解決其結(jié)構(gòu)振動問題，主動控制方法的能耗大與發(fā)散問題使其在大 型結(jié)構(gòu)振動控制中的應(yīng)用受到限制。基于磁流變可控阻尼器的半主動控制方法應(yīng)用于大型 結(jié)構(gòu)振動控制具有明顯的優(yōu)勢，該裝置主要包括磁流變液工作缸和磁流變液阻尼調(diào)節(jié)器， 磁流變液工作缸以活塞為界形成兩個工作腔，兩個工作腔分別與磁流變液阻尼調(diào)節(jié)器相 連，磁流變液阻尼調(diào)節(jié)器通過少量電能控制實現(xiàn)阻尼效果。實踐證明，大橋的拉索采用磁流 變可控阻尼技術(shù)進行半主動振動控制后，在風(fēng)致振動條件下其振動加速度僅為相鄰拉索的 1/20 1/30，充分證明了磁流變可控阻尼技術(shù)對抑制結(jié)構(gòu)振動的有效性。但是，磁流變液 在使用過程中，可磁化微粒會在液體內(nèi)發(fā)生沉降或板結(jié)，導(dǎo)致磁流變液阻尼器控制特性劣 化甚至不可控?，F(xiàn)有技術(shù)的磁流變可控阻尼技術(shù)中，由于需要少量的電能，且均采用外供電 源的供電方式。較多地震、臺風(fēng)和海嘯等自然災(zāi)害或者其它不可抗力常常導(dǎo)致供電故障，致 使整個磁流變可控阻尼供能失效，從而起不到應(yīng)有的控制振動的作用。
因此，需要一種用于控制結(jié)構(gòu)振動的磁流變的阻尼調(diào)節(jié)裝置，能夠避免可磁化微 粒沉降或者板結(jié)導(dǎo)致磁流變液阻尼器控制特性劣化問題，同時所用電能不需外供，因此不 會因為地震、臺風(fēng)和海嘯等自然災(zāi)害或者其它不可抗力導(dǎo)致供電故障，保證整個磁流變可 控阻尼所需能量，從而起到應(yīng)有的控制振動的作用。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，能夠避 免可磁化微粒沉降或者板結(jié)導(dǎo)致磁流變液阻尼器控制特性劣化問題，同時所用電能不需外供，因此不會因為地震、臺風(fēng)和海嘯等自然災(zāi)害或者其它不可抗力導(dǎo)致供電故障，保證整個 磁流變可控阻尼所需能量，從而起到應(yīng)有的控制振動的作用。
本發(fā)明的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，包括阻尼系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換儲存系 統(tǒng)；所述阻尼系統(tǒng)包括磁流變脂工作缸和用于調(diào)節(jié)磁流變脂工作缸兩工作腔的壓力差形成 阻尼力的磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器；所述能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)包括脈沖液流馬達，串接于磁流變脂工作液壓缸和磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器之間的磁流變脂管 路并通過管路中磁流變脂驅(qū)動；永磁發(fā)電機，由脈沖液流馬達驅(qū)動并產(chǎn)生電能； 電能儲存電路，用于儲存永磁發(fā)電機輸出的電能； 所述磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器由電能儲存電路提供電源。
所述磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器為多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器，包括沿徑向由內(nèi)到外 依次套接的內(nèi)芯、低導(dǎo)磁率內(nèi)筒、勵磁線圈和高導(dǎo)磁率外筒，所述高導(dǎo)磁率外筒兩端分別設(shè) 置帶有過流孔的高導(dǎo)磁率端蓋，兩個高導(dǎo)磁率端蓋的過流孔一一對應(yīng)連通于磁流變脂工作 缸的兩工作腔；所述內(nèi)芯包括沿軸向并列且相互交錯設(shè)置的環(huán)形內(nèi)芯和圓形內(nèi)芯，所述環(huán) 形內(nèi)芯內(nèi)圓、環(huán)形內(nèi)芯與圓形內(nèi)芯之間的軸向間隙和圓形內(nèi)芯外圓與低導(dǎo)磁率內(nèi)筒內(nèi)圓之 間的間隙形成折流結(jié)構(gòu)的磁流變脂過流通道；進一步，所述脈沖液流馬達通過增速器驅(qū)動永磁發(fā)電機；進一步，所述電能儲存電路包括依次電連接的三相整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓電路和蓄電 裝置，所述蓄電裝置設(shè)置有電連接于勵磁線圈輸入端的輸出端； 進一步，所述蓄電裝置為蓄電池或超級電容器；進一步，所述低導(dǎo)磁率內(nèi)筒為低導(dǎo)磁率不銹鋼，高導(dǎo)磁率外筒和高導(dǎo)磁率端蓋由低碳 鋼制成。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，采用磁流變 脂代替現(xiàn)有的磁流變液作為阻尼介質(zhì)，由于磁流變脂特殊的骨架結(jié)構(gòu)，在較長時間內(nèi)具有 很高的穩(wěn)定性，不會發(fā)生懸浮相的沉降、板結(jié)而影響器件性能，有效地解決了磁流變液沉降 或板結(jié)導(dǎo)致阻尼器可控特性劣化甚至失效這一問題。
同時，設(shè)有能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)振動對磁流變脂工作缸兩腔中所產(chǎn)生的交 變脈沖壓力波動轉(zhuǎn)化為脈沖液流壓力能，脈沖液流馬達將脈動沖液流的壓力能轉(zhuǎn)換為機械 能，再將機械能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)新型高效振動能量收集與存儲，為磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器提 供所需電能，通過振動能量對阻尼調(diào)節(jié)器的控制，實現(xiàn)整個裝置的自供電甚至不需外界能 量輸入，保證整個磁流變可控阻尼供能，起到應(yīng)有的控制振動的作用，并節(jié)約了能源。
本發(fā)明所應(yīng)用的脈沖液流馬達具有優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變脂交變脈沖 液流壓力能到機械能的高能效轉(zhuǎn)化；永磁發(fā)電機具有優(yōu)化的磁學(xué)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)機械能到 電能的高轉(zhuǎn)換效率，更能適用于利用結(jié)構(gòu)振動的機械能轉(zhuǎn)換。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為電能儲存電路電路圖(蓄電池)； 圖4為電能儲存電路電路圖(超級電容)。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖，圖 3為電能儲存電路電路圖(蓄電池)，如圖所示本實施例的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié) 裝置，包括阻尼系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)；所述阻尼系統(tǒng)包括磁流變脂工作缸1和用于調(diào) 節(jié)磁流變脂工作缸1兩工作腔的壓力差形成阻尼力的磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2 ；所述能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)7包括脈沖液流馬達5，串接于磁流變脂工作液壓缸1和磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2之間的磁流變 脂管路并通過管路中磁流變脂驅(qū)動；永磁發(fā)電機3，由脈沖液流馬達5驅(qū)動并產(chǎn)生電能； 電能儲存電路6，用于儲存永磁發(fā)電機3輸出的電能； 所述磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2由電能儲存電路6提供電源。
使用時，磁流變脂工作缸1直接作用于需控制振動的結(jié)構(gòu)，磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2 通過電能儲存電路6提供電源完成對磁流變脂工作缸1的控制，實現(xiàn)阻尼效果。
當(dāng)磁流變脂驅(qū)動磁流變脂工作缸1工作時，磁流變脂工作缸1的兩工作腔之間產(chǎn) 生數(shù)值達幾十甚至上百個大氣壓的壓力波動，壓力波動驅(qū)使磁流變脂流向脈沖液流馬達5， 或經(jīng)過磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2流向脈動沖液流馬達5，驅(qū)動脈動沖液流馬達5轉(zhuǎn)動。在脈動 沖液流馬達5的帶動下，永磁發(fā)電機3開始發(fā)電，電能存儲電路6將永磁發(fā)電機發(fā)出的電能 進行儲存；當(dāng)磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2需要產(chǎn)生磁場時，由電能儲存電路6將電能提供給磁流 變脂阻尼調(diào)節(jié)器。
本實施例中，所述磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器2為多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器，包括 沿徑向由內(nèi)到外依次套接的內(nèi)芯10、低導(dǎo)磁率內(nèi)筒13、勵磁線圈12和高導(dǎo)磁率外筒11，所 述高導(dǎo)磁率外筒11兩端分別設(shè)置帶有過流孔的高導(dǎo)磁率端蓋8，兩個高導(dǎo)磁率端蓋8的過 流孔一一對應(yīng)連通于磁流變脂工作缸1的兩工作腔；所述內(nèi)芯10包括沿軸向并列且相互交 錯設(shè)置的環(huán)形內(nèi)芯和圓形內(nèi)芯，所述環(huán)形內(nèi)芯內(nèi)圓、環(huán)形內(nèi)芯與圓形內(nèi)芯之間的軸向間隙 和圓形內(nèi)芯外圓與低導(dǎo)磁率內(nèi)筒內(nèi)圓之間的間隙形成折流結(jié)構(gòu)的磁流變脂過流通道；采用 本結(jié)構(gòu)的多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器，通過內(nèi)芯10的磁路14沿軸向分布，而磁流變脂基 本上沿徑向流動，磁路14與磁流變脂流動方向垂直，通過改變激勵電流的大小可以改變磁 場大小，從而改變磁流變脂所產(chǎn)生的阻尼力，實現(xiàn)阻尼力的調(diào)節(jié)；多級徑向流動模式阻尼調(diào) 節(jié)器經(jīng)過理論分析和設(shè)計，具有優(yōu)化的磁路結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化的阻尼調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，控制能效大， 響應(yīng)時間短；尤其是多級徑向通道增加了磁流變脂工作間隙的有效長度，使多級徑向流動 模式阻尼調(diào)節(jié)器的磁場利用率得到有效提高，阻尼力調(diào)節(jié)范圍得以提高，實現(xiàn)高控制能效 比。
本實施中，所述脈沖液流馬達5通過增速器4驅(qū)動永磁發(fā)電機3 ；采用增速器4結(jié) 構(gòu)，能夠較好的滿足永磁發(fā)電機發(fā)電對動力的需要，利于實現(xiàn)本發(fā)明。
本實施中，所述電能儲存電路6包括依次電連接的三相整流橋15、濾波電路16、穩(wěn)壓電路17和蓄電裝置，所述蓄電裝置設(shè)置有電連接于勵磁線圈12輸入端的輸出端；如圖所 示，三相整流橋15由六個二極管組成對永磁發(fā)電機3所產(chǎn)生的交流電進行整流，與之相連 接的濾波電路16由一個電感和一個電容組成，對整流后的直流電進行濾波，穩(wěn)壓電路17中 穩(wěn)壓芯片LM2576及其引腳2上所接的二極管，電感、電容組成Buck變換器，起到功率調(diào)節(jié) 和穩(wěn)壓的作用，LM2576的引腳4與輸出電壓相接，將輸出電壓反饋到芯片內(nèi)部，幫助芯片實 現(xiàn)穩(wěn)壓功能。經(jīng)過穩(wěn)壓后，電能存儲于蓄電裝置中；當(dāng)多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器2需要 磁場時，蓄電裝置供給電能，使多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器2產(chǎn)生可控磁場，實現(xiàn)阻尼力 調(diào)節(jié)，實現(xiàn)利用振動能量轉(zhuǎn)換為電能并為阻尼調(diào)節(jié)器供電這一功能。
本實施中，所述蓄電裝置為蓄電池18。
本實施中，所述低導(dǎo)磁率內(nèi)筒13為低導(dǎo)磁率不銹鋼，高導(dǎo)磁率外筒11和高導(dǎo)磁率 端蓋8由低碳鋼制成，利于使磁力線全部從內(nèi)芯通過而不經(jīng)過低導(dǎo)磁率內(nèi)筒，提高磁場利用率。
圖4為電能儲存電路電路圖(超級電容);如圖所示，蓄電裝置也可以采用超級電容 器19;也能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于包括阻尼系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換 儲存系統(tǒng)；所述阻尼系統(tǒng)包括磁流變脂工作缸和用于調(diào)節(jié)磁流變脂工作缸兩工作腔的壓力 差形成阻尼力的磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器；所述能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)包括脈沖液流馬達，串接于磁流變脂工作液壓缸和磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器之間的磁流變脂管 路并通過管路中磁流變脂驅(qū)動；永磁發(fā)電機，由脈沖液流馬達驅(qū)動并產(chǎn)生電能；電能儲存電路，用于儲存永磁發(fā)電機輸出的電能；所述磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器由電能儲存電路提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述磁 流變脂阻尼調(diào)節(jié)器為多級徑向流動模式阻尼調(diào)節(jié)器，包括沿徑向由內(nèi)到外依次套接的內(nèi) 芯、低導(dǎo)磁率內(nèi)筒、勵磁線圈和高導(dǎo)磁率外筒，所述高導(dǎo)磁率外筒兩端分別設(shè)置帶有過流孔 的高導(dǎo)磁率端蓋，兩個高導(dǎo)磁率端蓋的過流孔一一對應(yīng)連通于磁流變脂工作缸的兩工作 腔；所述內(nèi)芯包括沿軸向并列且相互交錯設(shè)置的環(huán)形內(nèi)芯和圓形內(nèi)芯，所述環(huán)形內(nèi)芯內(nèi)圓、 環(huán)形內(nèi)芯與圓形內(nèi)芯之間的軸向間隙和圓形內(nèi)芯外圓與低導(dǎo)磁率內(nèi)筒內(nèi)圓之間的間隙形 成折流結(jié)構(gòu)的磁流變脂過流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述脈 沖液流馬達通過增速器驅(qū)動永磁發(fā)電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電 能儲存電路包括依次電連接的三相整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓電路和蓄電裝置，所述蓄電裝置 設(shè)置有電連接于勵磁線圈輸入端的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述蓄 電裝置為蓄電池或超級電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述低 導(dǎo)磁率內(nèi)筒為低導(dǎo)磁率不銹鋼，高導(dǎo)磁率外筒和高導(dǎo)磁率端蓋由低碳鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁流變脂的自供電阻尼調(diào)節(jié)裝置，包括阻尼系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)，阻尼系統(tǒng)包括磁流變脂工作缸和用于調(diào)節(jié)磁流變脂工作缸兩工作腔的壓力差形成阻尼力的磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器；磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器由能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)的電能儲存電路提供電源；本發(fā)明采用磁流變脂為阻尼介質(zhì)，在較長時間內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性，能量轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)振動對磁流變脂工作缸兩腔中所產(chǎn)生的交變脈沖壓力波動轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)新型高效振動能量收集與存儲，為磁流變脂阻尼調(diào)節(jié)器提供所需電能，在不需外界能量輸入的條件下，保證整個磁流變可控阻尼系統(tǒng)供能。
文檔編號H02J15/00GK102032312SQ20101058304
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉瓊, 廖昌榮, 趙丹俠, 韓亮 申請人:重慶大學(xué)