专利名称：自供电磁流变智能减振系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种自供电磁流变智能减振系统，适用于土木工程结构减振的半主动控制。
背景技术：
土木工程结构振动控制可以有效地减轻结构在风、地震、车辆等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗振能力和抗灾性能，是结构抗振减振和防灾减灾的有效方法和技术。
结构振动控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动控制不需要外界提供能量，而依靠结构构件之间，结构与辅助系统之间相互作用消耗能量，从而达到减振的目的。主动控制是在有外加能源供给情况下，控制装置按某种控制规律对结构施加主动控制力。半主动控制以被动控制为依托，以较小的能量对控制状态进行切换，来获得较好的控制效果。混合控制是以不同的控制方法相结合，充分发挥各自的优点，使主动控制提供较小的控制力就可以有效地减小结构的振动。土木工程结构减振的主动控制技术理论上是可行的，但目前的共识是其可靠性难以保证，且成本较高，近年来以智能材料为基础的半主动控制日益获得重视。磁流变阻尼器是一种问世不久的智能阻尼器，具有控制能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调，并可方便地与微机控制结合等优良特点。自从20世纪90年代被引入到土木工程结构振动控制以来，磁流变阻尼器受到了国内外学者的广泛关注。目前市场上供应的磁流变阻尼器多为电磁调节式，如美国Lord公司产品，该阻尼器由磁流变液、活塞、线圈、外缸等组成，作用在阻尼器两端的往复外力推动活塞，活塞两端的磁流变液通过活塞上的节流孔往复流动。当线圈内的电流增大，节流孔内磁场就会增强，磁流变液流过节流孔的阻力随之增大，使得阻尼器输出的阻尼力增大，反之，电流减小，阻尼力也减小。因此通过对输入电流的调节，即可控制阻尼器阻尼力的大小。由于上述特点，目前市场上供应的磁流变阻尼器都要求配置可靠的供电系统。但是当它用于桥梁等户外结构和结构抗震时，不方便或不能保证可靠的供电，制约了磁流变阻尼器在这些领域的应用。当前已开发出无需供电的永磁式磁流变阻尼器，并在斜拉桥拉索减振中获得实际应用，但其只能达到被动最优。
在土木工程结构中要充分发挥磁流变阻尼器用于半主动控制的优势，必须保证控制的高度可靠性，以及克服半主动控制系统对外部电源的依赖性和传感器、控制电路寿命大大低于结构使用寿命的弱点。对土木工程结构减振来说，由于被控结构与磁流变阻尼器的活塞杆相连，被控结构的动态振动信息可通过磁流变阻尼器的缸体与活塞杆之间的相对位移、速度或加速度来体现。现有的基于磁流变阻尼器的半主动悬架系统多采用与磁流变阻尼器并行配置的位移、速度或加速度传感器实现被控对象的动态振动信息的测量，存在成本大、结构复杂及受环境干扰大等问题。目前已有集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器，但是该系统仍过于复杂，包括双线圈式MR阻尼器、信号预处理电路、控制器及电流驱动器等诸多模块。2005年，国外有学者提出在传统的磁流变阻尼器的活塞杆上固定永磁体，在外缸上固定感应线圈，当结构振动带动活塞杆振动时，感应线圈的磁通量发生变化产生感应电动势，然后直接给MR阻尼器的励磁线圈供电，实施自适应控制，但该方案对于振动幅值小、频率低的土木工程结构，感应线圈产生的感应电动势往往较小，再加上电路损耗，难以投入实际半主动控制应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种自供电磁流变智能减振系统，使该系统的阻尼参数可随被控结构振动实时变化，且阻尼力调节范围大，稳定可靠，可实现多种方式的最优自动控制，从而解决应用磁流变阻尼器进行土木工程结构半主动控制时可靠性难于保证的难题。
本发明的技术方案是，所述自供电磁流变智能减振系统包括电磁调节式磁流变阻尼器、齿条齿轮加速器、永磁式直流发电机，其技术特征是，所述电磁调节式磁流变阻尼器的活塞杆与所述齿条齿轮加速器的齿条固联，而该齿条齿轮加速器的末级齿轮安装在所述永磁式直流发电机的轴上，所述永磁式直流发电机的输出端同所述电磁调节式磁流变阻尼器的电磁线圈接线端连接。
以下对本发明做出进一步说明。
如图1所示，本发明的自供电磁流变智能减振系统包括电磁调节式磁流变阻尼器12、齿条齿轮加速器13、永磁式直流发电机9，其技术特征是，所述电磁调节式磁流变阻尼器12的活塞杆2与所述齿条齿轮加速器13的齿条6固联，而该齿条齿轮加速器13的末级小齿轮安装在所述永磁式直流发电机9的轴上，所述永磁式直流发电机9的输出端同所述电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁线圈接线端连接。
如图1所示，还可在所述永磁式直流发电机9的输出端与电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁线圈接线端之间安装控制器(现有技术结构)11，以更好地实施智能控制。
参见图1，实际使用时，所述电磁调节式磁流变阻尼器12的活塞杆2与齿条齿轮加速器13的齿条6的固联端同被控结构10固联；当被控结构开始振动时，所述电磁调节式磁流变阻尼器12的活塞杆2随之产生相应的运动，而该阻尼器振动时带动齿条6往复运动，通过所述齿条齿轮加速器13带动所述永磁式直流发电机9转子转动，从而产生一个直接正比于阻尼器速度的电动势，其正负极随阻尼器活塞1运动方向而改变。该电动势经控制器11按一定方式反馈到电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁铁线圈，实时改变阻尼器参数。由此可见，永磁式直流发电机9既是被控结构10振动的传感器，又是减振系统半主动控制的能源发生器；土木工程结构的振动幅值小，频率低，但出力很大，因此需要设置加速器，齿条齿轮加速器13不仅能将电磁调节式磁流变阻尼器12的往复运动变换为永磁式直流发电机9转子的正反向转动，同时提高了该发电机转子转速，确保电机能够产生足够大的电动势和输出功率，满足磁流变阻尼器调节阻尼力的需要。
本发明系统中，可将齿条齿轮加速器13和永磁式直流发电机9集成为一体。所述控制器11可采用现有技术，如用单片机做为控制单元，它根据采集到的永磁式直流发电机9的输出电压信号，通过运算给出相应的控制指令，由执行单元向电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁线圈提供具有适当电流与电压的工作电源。
由以上可知，本发明为一种自供电磁流变智能减振系统，适用于土木工程结构减振的半主动控制，它同现有技术相比的优点有1、本发明的自供电磁流变智能减振系统无需外界电源，就可实现电磁调节，特别是用于桥梁等户外结构和结构抗震时，可避免由于不方便或不能保证可靠供电而给阻尼器使用造成的障碍；2、本发明的自供电磁流变智能减振系统的永磁式直流发电机既是结构振动的传感器，又是减振系统半主动控制的能源发生器；3、本发明的自供电磁流变智能减振系统通过齿条齿轮加速器不仅将阻尼器的往复运动变为发电机转子的正反向转动，同时提高了发电机转子转速，确保电机能够产生足够大的电动势和输出功率，满足磁流变阻尼器调节阻尼力的需要，并且可以通过设计齿条齿轮加速器的加速比来直接控制发电机产生电动势的大小。
4、本发明的自供电磁流变智能减振系统简化了基于MR阻尼器的半主动减振系统，降低了系统成本造价，且可靠、稳定、简单实用，具有明显的自适应特征。
图1是本发明一种实施例的结构示意图。
在图中1-活塞，2-活塞杆，3-外缸，4-磁流变液，5-电磁铁，6-齿条，7-大齿轮， 8-小齿轮，9-永磁式直流电机，
10-被控结构，11-控制器，12-电磁式磁流变阻尼器，13-齿条齿轮加速器。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的自供电磁流变智能减振系统主要由电磁调节式磁流变阻尼器12、齿条齿轮加速器13、永磁直流电机9、控制器11组成；其中，所述电磁调节式磁流变阻尼器12的活塞杆2与所述齿条齿轮加速器13的齿条6固联，而该齿条齿轮加速器13的末级小齿轮安装在所述永磁式直流发电机9的轴上，永磁式直流发电机9的输出端同所述电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁线圈接线端之间安装控制器11，并将齿条齿轮加速器13和永磁式直流发电机9集成为一体。
所述控制器11采用现有技术，如用单片机做为控制单元，它根据采集到的永磁式直流发电机9的输出电压信号，通过运算给出相应的控制指令，由执行单元向电磁调节式磁流变阻尼器12的电磁线圈提供具有适当电流与电压的工作电源。
所述齿条齿轮加速器13的一种组成是，齿条6同大齿轮7相啮合，而该大齿轮7又同装在永磁直流电机9的轴上的小齿轮8相啮合。实际应用时，所述电磁调节式磁流变阻尼器12的活塞杆2与所述齿条齿轮加速器13的齿条6的固联端同被控结构10固联。
权利要求
1.一种自供电磁流变智能减振系统，包括电磁调节式磁流变阻尼器(12)、齿条齿轮加速器(13)、永磁式直流发电机(9)，其特征是，所述电磁调节式磁流变阻尼器(12)的活塞杆(2)与所述齿条齿轮加速器(13)的齿条(6)固联，而该齿条齿轮加速器(13)的末级小齿轮安装在所述永磁式直流发电机(9)的轴上，所述永磁式直流发电机(9)的输出端同所述电磁调节式磁流变阻尼器(12)的电磁线圈接线端连接。
2.根据权利要求1所述自供电磁流变智能减振系统，其特征是，在所述永磁式直流发电机(9)的输出端与电磁调节式磁流变阻尼器(12)的电磁线圈接线端之间安装控制器(11)。
全文摘要
一种自供电磁流变智能减振系统，包括电磁调节式磁流变阻尼器、齿条齿轮加速器、永磁式直流发电机，所述阻尼器的活塞杆与所述加速器的齿条固联，而加速器的末级小齿轮装在所述直流发电机轴上，该直流发电机的输出端同所述阻尼器的电磁线圈接线端连接，还可在所述直流发电机的输出端与阻尼器的电磁线圈接线端之间安装控制器。本发明的核心技术是将结构振动的传感器与磁流变阻尼器的供电电源集成到小型永磁式直流电机上。本发明适用于土木工程结构减振，它无需外界电源即可实现半主动实时控制，降低了系统成本造价，且可靠、稳定、简单实用，具有明显的自适应特征。
文档编号F16F9/53GK101086179SQ200710034309
公开日2007年12月12日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者陈政清 申请人:湖南大学