一种隔震自动限位系统的制作方法

本发明涉及减震技术，更具体地，涉及一种隔震自动限位系统。

背景技术：

地震灾害具有突发性和不可预测性，对社会生活也会造成很大的不良影响。但是，当前的科技水平尚无法准确预测地震的到来，未来相当长的一段时间内，地震也是无法预测的。因此，做好地震的防御工作尤为重要，通过提高人口密集区域建筑，以及核电、水利大坝等重要工程结构的抗震安全性，以尽可能减小地震灾害的影响。

目前的减震技术，根据减震的原理，可分为耗能减震、消能减震、冲击减震、吸振减震和主动控制减震。近来，也有在地震恢复的过程中利用磁场的特性以复位的技术。如公开号为cn105821910a的中国专利申请公开了基于电磁感应空间定位的强震可复位隔震垫装置及使用方法。参见图1所示，该装置通过逐次给导电金属棒通直流电产生磁场，利用电磁感应空间定位技术确定感应接收器的位置，依据变形前后位置变化推算出强震可复位隔震垫的具体变形情况。

但是，利用磁场特性以达到减震限位的研究还较少，而通常的减震技术都涉及到直接或通过其他有形介质的碰撞以达到限制隔震层相对位移的目的。尤其是在水平方向上，地震的破坏作用尤为明显，直接碰撞会造成实体结构的损伤，同时，减震时作用力的大小的调节范围较窄。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种隔震自动限位系统，以解决减震过程的直接限位过程中结构损伤、作用力调节范围窄的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种隔震自动限位系统，包括：安装于隔震层楼板下端面、用于形成磁场的永磁装置，以及安装于隔震层底板上端面、用于产生感应磁场的生磁装置，且所述永磁装置与生磁装置相对设置。

进一步地，所述永磁装置包括：一端开口的第一防护装置，所述开口朝向所述生磁装置，所述第一防护装置具有中空内腔，所述中空内腔内的底部螺接有第一u型磁铁，所述第一u型磁铁的磁极朝向所述生磁装置。

进一步地，所述生磁装置包括：具空腔的第二防护装置，所述空腔内设置缠绕有第一线圈的u型铁块，所述u型铁块的端部与所述第一u型磁铁的磁极相对设置。

进一步地，所述生磁装置还包括：位于所述空腔外侧的切割装置，所述切割装置包括垂直螺接于所述第二防护装置外端面的两根保护管，所述保护管内设置第一导线；所述两根保护管处于同一水平高度且长度相同，且其另一端通过切割线相连，所述切割线用于切割所述第一u型磁铁的磁场以产生感应电流，所述切割线通过所述第一导线与所述第一线圈相连。

进一步地，所述切割线包括：外管，所述外管内设置至少一个网格，所述网格内放置导电线圈，所述导电线圈沿所述外管的长度方向设置。

进一步地，还设置有为所述生磁装置提供电能的供电装置，所述供电装置包括具有内腔的第三防护装置，所述第三防护装置的下端安装于所述隔震层底板上，所述内腔内相对设置有间隔一定距离的第二u型磁铁和第三u型磁铁，所述第二u型磁铁和第三u型磁铁的磁极的极性相反，且所述第二u型磁铁平行于所述u型铁块。

进一步地，所述第二u型磁铁和第三u型磁铁之间水平设置有用于切割所述第二u型磁铁和第三u型磁铁的磁场以产生第二感应电流的双向切割装置，所述双向切割装置上设置有两根连杆，所述连杆向上穿过所述第三防护装置并铰接于所述隔震层楼板上。

进一步地，所述双向切割装置包括：呈环形的线圈保护管，所述两根连杆分别设置于所述线圈保护管的两侧，且所述连杆位于所述第二u型磁铁和第三u型磁铁之间，所述线圈保护管内相对设置有第二线圈和第三线圈，所述第二线圈和第三线圈分别通过设置于所述连杆内的第二导线与所述生磁装置相连。

进一步地，至少对应设置一组所述永磁装置和生磁装置；或者，至少对应设置一组所述永磁装置、生磁装置和供电装置。

进一步地，所述隔震层楼板与所述隔震层底板之间至少设置一个隔震橡胶支座。

本申请提出的一种隔震自动限位系统，其有益效果主要如下：

(1)与永磁装置对应设置的生磁装置，通过地震过程中二者水平方向的相互位移产生感应电流，进而产生感应磁场，以与永磁装置的磁场相互作用而达到限位目的；在限位过程中，不必由外界额外提供电能、不会发生实体结构的直接碰撞过程；更进一步，在限位过程中，感应磁场强度随地震强度和限位过程的变化而自动调节，能够更好的达到限位目的；

(2)供电装置的设置，进一步增强生磁装置所产生的感应磁场的强度，同时，供电装置的电源供应也是基于地震过程中相对位移而产生的，而无需外接电源供应。

附图说明

图1为现有技术的基于电磁感应空间定位的强震可复位隔震垫装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的永磁装置和生磁装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的支撑柱的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的切割装置的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的切割线的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的供电装置的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的双向切割装置的结构示意图；

图8为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的永磁装置、生磁装置、挡土墙体和隔震层边缘的结构示意图；

图9为根据本发明实施例的一种隔震自动限位系统的平面布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图2所示，一种隔震自动限位系统，包括永磁装置和生磁装置，永磁装置和生磁装置均安装在隔震层。隔震层包括隔震层底板15和隔震层楼板14，隔震层底板15位于下方位置，隔震层楼板14与隔震层底板15正相对，且位于隔震层底板15的正上方。

永磁装置和生磁装置即安装在隔震层底板15和隔震层楼板14之间，永磁装置安装于隔震层楼板14的下端面，能够形成持续存在的磁场，当发生地震，隔震层楼板14产生水平移动时，永磁装置能够随隔震层楼板14一起在水平方向移动；生磁装置安装于隔震层底板15的上端面，用于产生感应磁场，在地震中，生磁装置固定于隔震层底板15上，位置会相对稳定。

永磁装置和生磁装置相对设置，以使永磁装置的磁极与生磁装置的磁极相对设置。在地震中，当永磁装置随隔震层楼板14在水平方向产生位移时，能够使生磁装置产生感应磁场。生磁装置所产生的感应磁场，与永磁装置形成的磁场，二者相互作用，以形成限制隔震层楼板14位移的作用。

地震中，当永磁装置随隔震层楼板14向靠近生磁装置的方向发生位移时，生磁装置产生一个感应磁场，该感应磁场的磁极的极性与相对应的永磁装置的磁极的极性相同。由于磁场的特性，生磁装置所产生的感应磁场与永磁装置形成的磁场之间会发生相互排斥作用，以阻碍永磁装置继续向生磁装置的方向移动位置，以达到限位的目的。

地震中，当永磁装置随隔震层楼板14向远离生磁装置的方向发生位移时，生磁装置也会产生一个感应磁场，该感应磁场的磁极的极性与相对的永磁装置的磁极的极性相反。由于磁场的特性，此时，生磁装置所产生的感应磁场与永磁装置形成的磁场之间会发生相互吸引的作用，以阻碍永磁装置继续向远离生磁装置的方向移动位置，以达到限位的目的。

采用一个能够持续形成磁场的永磁装置和与该永磁装置对应的生磁装置，并且，在地震中，随着永磁装置发生位移方向的不同，生磁装置对应的产生相应的感应磁场，以使永磁装置与生磁装置之间的作用力方向不同，以达到阻碍永磁装置沿原方向继续位移的目的，从而达到限制隔震层楼板14在地震中的位移的目的，起到减震的作用。

同时，在减震限位过程中，永磁装置和生磁装置之间没有直接的接触，不会发生直接碰撞，既能够使相互作用不至于过于猛烈，又能够避免直接碰撞而产生的损伤。

并且，在整个限位过程中，无需外部供给能量，感应磁场的产生是基于地震过程中永磁装置和生磁装置的相对位移，既有效的利用地震能量，又能够避免地震过程中发生断电等现象而造成无法实现限位功能的情况。

可以理解的是，永磁装置与相对设置的生磁装置，在限制沿永磁装置和生磁装置布设方向上的水平位移效果最佳，因此，实际布设过程中，可以沿不同的方向对应布设多组永磁装置和生磁装置，以更好的应对地震过程中震源方向不确定的情况。

进一步地，在隔震层内和隔震层外周可对称地设置多组永磁装置和生磁装置，以进一步加强减震的效果和目的。

在另一个具体的实施例中，永磁装置包括第一u型磁铁1和第一防护装置2。第一防护装置2为具有中空内腔的框体结构，且一端具有开口，该开口朝向生磁装置的方向，即该开口设置在第一防护装置2的一个侧面上。第一防护装置2的顶面用螺栓3螺接在隔震层楼板14上，且第一防护装置2的顶面与隔震层楼板14之间设置有抗剪键4，以增强永磁装置与隔震层楼板14之间的紧固作用。

第一u型磁铁1的n极或s极所在的一端通过螺栓螺接于第一防护装置2的中空内腔的底部，以使第一u型磁铁1的n极和s极在同一竖直方向上。第一u型磁铁1与第一防护装置2保持相对固定，并使第一u型磁铁1的开口端朝向生磁装置，且第一u型磁铁1的磁极靠近第一防护装置2的开口。

在地震过程中，为使永磁装置和生磁装置之间相互作用时不会发生直接的接触，优选第一防护装置2的开口的高度大于或等于第一u型磁铁1的两磁极之间的间距。

更进一步地，为进一步保证第一u型磁铁1不会相对于第一防护装置2发生相对滑动，在第一u型磁铁1的底部设置有第一限位角钢5。第一限位角钢5的一侧螺接于第一防护装置2的底部，另一侧紧密贴紧于第一u型磁铁1的底部。第一u型磁铁1的底部可以采用弧形结构，也可以采用平面结构。

在另一个具体的实施例中，生磁装置包括第二防护装置8，第二防护装置8为闭合的框体结构，且第二防护装置8具有中空的空腔结构。第二防护装置8的底面通过螺栓螺接在隔震层底板15上，并且，第二防护装置8与隔震层底板15之间设置有抗剪键，以更好地固定第二防护装置8。具体地，第二防护装置8可采用水泥结构。

在第二防护装置8的空腔内设置有u型铁块6，在u型铁块6上紧密缠绕有第一线圈7，并且，该u型铁块6与第一u型磁铁1相对设置。即第一u型磁铁1的磁极与u型铁块6的端部相互靠近，第一u型磁铁1的底部与u型铁块6的底部相对远离。

当第一线圈7中通电后，u型铁块6和第一线圈7会形成一个u型磁体，从而形成感应磁场。同时，由于u型铁块6和第一u型磁铁1相对设置，当第一线圈7中通电后，由u型铁块6和第一线圈7产生的感应磁场与第一u型磁铁1形成的磁场相互作用，而阻碍永磁装置的位移，达到限位的目的。

在另一个具体的实施例中，为使u型铁块6和第一u型磁铁1处于正相对的位置，u型铁块6的一端与第二防护装置8之间设置有多个支撑柱9，使u型铁块6与第二防护装置8的底部间隔一定距离，以使u型铁块6与第一u型磁铁1处于相同的水平高度。可以理解的是，支撑柱9的高度根据第一u型磁铁1相对于隔震层底板15之间的距离设定。

在另一个具体的实施例中，参见图3所示，支撑柱9包括上顶板、下底板以及位于上顶板和下底板之间的立柱。下底板螺接于第二防护装置8的底部，上顶板螺接于u型铁块6上。

具体地，立柱由两块结构相同的、板状结构的第一立柱和第二立柱构成，且第一立柱和第二立柱呈十字交叉设置。立柱通过焊接或螺接的方式，分别与上顶板和下底板固定。

具体地，为方便第一线圈7在u型铁块6上缠绕的均匀性，第一立柱和第二立柱的顶端的中心位置均具有凹槽，以使立柱的上端的中部具有中空的结构，方便第一线圈7通过。具体地，该凹槽的深度可以根据绕制第一线圈7的导线的直径或绕制厚度确定。进一步地，凹槽的形状可以是梯形、矩形、或圆弧形等。

可以理解的是，永磁装置形成的磁场和生磁装置产生的感应磁场的磁场强度，为使二者的磁场强度的大小的差值保持在合适的范围，以避免一方对另一方产生的作用力过强而达不到更好地限位效果，可以根据第一u型磁铁1的磁场特性，适应性的设置u型铁块6的规格和/或第一线圈7的规格。具体地，第一线圈7的规格包括线圈绕制紧密度、线圈材质、绕制时的导线尺寸和长度等。

在另一个具体的实施例中，生磁装置还包括切割装置10，切割装置10设置在第二防护装置8的外侧，且位于生磁装置和第二防护装置8之间。切割装置10用于切割第一u型磁铁1的磁场，以生成相应的感应磁场。

参见图4所示，切割装置10包括保护管10c、第一导线10d和切割线10e。保护管10c有两根，两根保护管10c的一端分别垂直固定设置于第二保护装置8的外端面上，可以采用螺接或焊接等方式固定；另一端通过切割线10e相连。两根保护管10c内分别设置有第一导线10d，切割线10e分别通过第一导线10d与位于第二防护装置8内的第一线圈7的两端相连。具体地，第一导线10d穿过第二防护装置8的侧壁与第一线圈7的两端相连。

在另一个具体的实施例中，两根保护管10c处于同一水平高度且其长度相同，则位于两根保护管10c一端的切割线10e处于水平方向，而不是倾斜放置。由于第一u型磁铁1的n极和s极处于同一竖直方向上，则切割线10e垂直于第一u型磁铁1的磁场方向，以使切割线10e切割第一u型磁铁1的磁场所产生的感应电流最大。

进一步地，地震过程中，当地震的强度较低，则隔震层楼板14相对于隔震层底板15发生位移的速度较小，则相应地，切割线10e切割第一u型磁铁1的磁场的速度较小，其所产生的感应电流较小，相应在第一线圈7中所产生的感应磁场的强度也较小；当地震的强度较大，则隔震层楼板14相对于隔震层底板15发生位移的速度较大，则相应地，切割线10e切割第一u型磁铁1的磁场的速度较大，其所产生的感应电流较大，相应在第一线圈7中所产生的感应磁场的强度也较强。

更进一步，在整个限位过程中，随着隔震层楼板14相对隔震层底板15的位移速度变化，生磁装置所产生的感应磁场的强度也相应变化。也就是，感应磁场的强度随地震的强度和限位过程的变化而变化，永磁装置和生磁装置之间的相互作用强度也随之改变，自动进行调节，无需外部其他控制措施。

更进一步地，两根保护管10c由第一防护装置2的开口处延伸至第一防护装置2的内侧，伸入到第一u型磁铁1的两端之间。地震过程中，当永磁装置随隔震层楼板14在水平方向上向靠近/远离生磁装置的方向发生位移时，切割线10e相对第一u型磁体1发生水平方向的位移，由于相对运动的方向不同，使切割线10e切割磁场的运动方向不同，其所产生的感应电流的方向也不同，从而使u型铁块6和第一线圈7产生的感应磁场的方向不同。

具体地，切割线10e切割磁场所产生的感应电流由第一导线10d输入到第一线圈7中，以使第一线圈7产生相应的感应磁场，而u型铁块6用以增强该感应磁场的强度。

在另一个具体的实施例中，参见图5所示，切割线10e包括导电线圈10a和外管10b。外管10b内设置有至少一个网格，导电线圈10a设置于网格内，并且，网格沿外管10b的径向方向设置，并沿外管10b的长度方向延伸。网格内设置的导电线圈10a的长度沿外管10b的长度方向延伸，具体地，每个网格内对应设置一个导电线圈10a。

具体地，在外管10b内设置有多个网格，以分别放置多个导电线圈10a，以网格的方式使外管10b内的多个导电线圈10a之间相互隔离，以避免导电线圈10a之间相互干扰。进一步地，在外管10b内对应设置多个线圈，以增大切割线10e切割磁场时所产生的感应电流，进而增强第一线圈7所产生的感应磁场。具体地，外管10b和网格的材质为高强度绝缘材料，可以采用塑料、橡胶或陶瓷等。

进一步地，外管10b内设置的多个线圈，其两端分别并联接入到对应的第一导线10d中，进而接入到第一线圈7。

参见图6所示，在另一个具体的实施例中，生磁装置还连接有供电装置，供电装置设置于生磁装置的一侧，供电装置可以是一个或多个，设置于生磁装置的一侧。供电装置为生磁装置提供电流，以使第一线圈7中的电流增大，从而增强由第一线圈7所产生的感应磁场的强度。

供电装置包括第三防护装置12，第三防护装置12为框体结构，具有中空的内腔。在第三防护装置12的内腔的底部相对设置第二u型磁铁19和第三u型磁铁20，第二u型磁铁19与第三u型磁体20之间间隔一定距离。第二u型磁铁19和第三u型磁体20分别与第三防滑装置12的底面一起螺接于隔震层底板15上，第三防护装置12与隔震层底板15之间设置有抗剪键，以增强第三防护装置12与隔震层底板15之间的紧固效果。

进一步地，为加强第二u型磁铁19与第三u型磁体20的紧固效果，分别在第二u型磁铁19与第三u型磁体20的底部对应设置有限位角钢，限位角钢的一侧固定于第三防护装置12的底部，另一侧与对应的u型磁铁相紧固。

第二u型磁铁19和第三u型磁铁20可以具有相同的尺寸，也可以具有不同的尺寸。第二u型磁铁19的n极和s极位于同一竖直方向上；第三u型磁铁20的n极和s极位于同一竖直方向上。第二u型磁铁19的磁极与第三u型磁铁20的磁极相互靠近，而二者的底部相互远离，并且，第二u型磁铁19的磁极与正相对的第三u型磁铁20的磁极的极性相反。

此外，为使供电装置向生磁装置提供的电流的方向与切割线10e切割永磁装置的磁场所产生的感应电流的方向一致，第二u型磁铁19与第三u型磁体20均平行于u型铁块6设置。

在另一个具体的实施例中，在第二u型磁铁19与第三u型磁体20之间设置双向切割装置13，双向切割装置13平行于第三防护装置12的底面。双向切割装置13上相对设置有两根连杆11，连杆11向上延伸，并穿过第三防护装置12的顶部，直至与隔震层楼板14接触，并铰接于隔震层楼板14下端面。进一步地，两根连杆11所在的平面垂直于第二u型磁铁19与第三u型磁体20的布设方向。

该双向切割装置13用于切割第二u型磁铁19和第三u型磁体20的磁场，以产生感应电流，该感应电流接入到第一线圈7中，与切割线10e切割第一u型磁铁1所产生的感应电流相合并，以增强第一线圈7中的电流强度，增强其所产生的感应磁场的强度。

地震中，当隔震层楼板14在水平方向发生位移时，隔震层楼板14带动铰接于隔震层楼板14上的连杆11的一端发生水平位移，则连杆11位于第三防护装置12内的一端也将发生相对的水平位移。连杆11带动连接于连杆11一端的双向切割装置13发生水平位移，从而切割第二u型磁铁19和第三u型磁铁20的磁场，以产生相应的感应电流，供给于第一线圈7，以增强其所产生的感应磁场。

在另一个具体的实施例中，连杆11位于第三防护装置12下侧的连杆下部的长度长于其位于第三防护装置12上侧的连杆上部的长度。连杆下部的长度长于连杆上部的长度，基于杠杆作用，当连杆11的上端随隔震层楼板14发生位移时，连杆11下端的运动速度大于其上端的运动速度，从而带动双向切割装置13以更快的速度切割磁场，以产生更大的感应电流。在一个具体的实施例中，其连杆下部的长度是连杆上部的长度的四倍。

在另一个具体的实施例中，参见图7所示，双向切割装置13包括线圈保护管13a，该线圈保护管13a呈环形，两根连杆11相对设置于该线圈保护管13a上，且线圈保护管13a上两个连杆11之间设置有横杆。线圈保护管13a内密集地设置有第二线圈13b和第三线圈13c，第二线圈13b和第三线圈13c相对设置。第二线圈13b位于两根连杆11的一侧，第三线圈13c位于两根连杆11的另一侧。例如，第二线圈13b部分或者全部位于第二u型磁铁19的两端部之间；第三线圈13c部分或者全部位于第三u型磁铁20的两端部之间

当连杆11带动线圈保护管13a在水平方向位移时，第二线圈13b切割第二u型磁铁19的磁场，第三线圈13c切割第三u型磁铁20的磁场。进一步地，在两个连杆11中均设置有第二导线17，第一线圈13b和第三线圈13c分别并联接入对应的第二导线17。第二导线17的另一端穿过第三防护装置12和第二防护装置8，以接入到第一线圈7，从而使第二线圈13b和第三线圈13c中产生的感应电流通过第二导线17输入到第一线圈7，以增大第一线圈7中的电流，从而增强其感应磁场。

由于第二线圈13b和第三线圈13c的运动方向相同，而第二u型磁铁19和第三u型磁铁20的设置方向相反，同时，第二u型磁铁19和第三u型磁铁20相对的磁极的极性相反，从而使得第二线圈13b和第三线圈13c中所产生的感应电流方向相同。

在另一个具体的实施例中，参见图2所示，隔震层楼板14与隔震层底板15之间至少设置一个隔震橡胶支座18，以减少地震能量传输到上部结构。

在另一个具体的实施例中，参见图8所示，当永磁装置和生磁装置对应地设置在隔震层边缘位置时，永磁装置嵌设在挡土墙体16内，对应地，生磁装置嵌设在隔震层楼板14中，并在隔震层楼板14与隔震层底板15之间至少设置一个隔震橡胶支座18，以减少地震能量传输到上部结构。

可以理解的是，在隔震层楼板14与隔震层底板15之间根据实际需求，布设多个隔震橡胶支座18。通过在隔震层楼板14与隔震层底板15之间设置多个隔震橡胶支座18，减少地震能量向上部传输，以缓减地震对建筑物的作用。结合永磁装置、生磁装置的作用，使隔震层能够起到良好的减震作用。

参见图9所示，图中，a表示永磁装置，b表示生磁装置，c表示供电装置。可以理解的是，当同时对应的设置永磁装置、生磁装置和供电装置时，可以在隔震层内和/或边缘根据实际情况对应地设置多组永磁装置、生磁装置和供电装置；或者，为适应隔震层的边缘结构，在隔震层的内部对应地设置多组永磁装置、生磁装置和供电装置，在隔震层的边缘位置对应的设置多组永磁装置和生磁装置。

本发明的一种隔震自动限位系统，采用永磁装置以提供持续的磁场，并对应的设置生磁装置，以在相互发生位移变化时，切割永磁装置的磁场而形成相应的感应磁场，该感应磁场与永磁装置的磁场的方向相反，利用磁场特性，以限制彼此的相互位移。更进一步，还设置一为生磁装置提供电能的供电装置，该供电装置使生磁装置所产生的感应磁场强度更强，以增强永磁装置与生磁装置之间的磁场作用效果。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。