一种新式磁力变刚度惯容减振器

技术领域

本发明涉及减振耗能装置技术领域，尤其涉及一种新式磁力变刚度惯容减振器。

背景技术

给建筑物或设备安装隔振支座以降低外界激励带来的危害是目前工程领域非常常用的技术手段之一；其中，通过安装减振支座可以使得整个建筑结构或设备的自振周期延长。

专利号为：ZL 202121683993.9、专利名称为：惯容式调谐电涡流减振器的中国实用新型专利，其公开了一种电涡流惯容减振装置；具体的，该惯容式调谐电涡流减振器包括上封盖、下封板、导磁体、第二螺旋弹簧、滚珠丝杆惯容器、止推轴承，下封板上设置有环绕设置的外圈磁铁安装壁、设置于外圈磁铁安装壁的内圈磁铁安装壁，外圈磁铁安装壁的内侧贴合设置有外圈磁铁，内圈磁铁安装壁的外侧贴合设置有内圈磁铁；滚珠丝杆惯容器包括丝杆、与丝杆传动连接的飞轮；第二螺旋弹簧的两端分别与上封盖、下封板抵触，滚珠丝杆惯容器的上端转动安装于上封盖，滚珠丝杆惯容器的下端设置于止推轴承上，止推轴承安装于下封板上，导磁体安装于飞轮上并位于外圈磁铁和内圈磁铁之间，导磁体上设置有铜片。

对于上述惯容式调谐电涡流减振器而言，在其工作过程中，其仅能实现电涡流耗能，而不能够对电涡流耗能时所产生的电流进一步利用；还有就是，上述惯容式调谐电涡流减振器能够根据振动情况进行适应性的刚度调整，稳定可靠性不强。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种新式磁力变刚度惯容减振器，该新式磁力变刚度惯容减振器结构设计新颖、减振耗能效果好，且能够实现刚度适应性调节变化，稳定可靠性好。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种新式磁力变刚度惯容减振器，包括有上顶板、下底板、滚珠丝杆、滚珠螺母、磁铁组件，上顶板位于下底板的上方，滚珠丝杆呈竖向布置且滚珠丝杆与滚珠螺母相配合，滚珠丝杆、滚珠螺母、磁铁组件分别位于上顶板与下底板之间；

滚珠丝杆的上端部与上顶板紧固连接；

磁铁组件包括有滑动磁铁、U形磁铁，滑动磁铁位于滚珠丝杆的下方且滚珠丝杆的下端部与滑动磁铁紧固连接；

下底板装设有支撑组件，U形磁铁水平安装于支撑组件，且U形磁铁的S极与N极水平正对，U形磁铁的S极与N极之间装设有环形铜芯，环形铜芯通过滚珠导轨安装于支撑组件，且滚珠螺母紧固装设于环形铜芯；

下底板紧固装设有位于滑动磁铁正下方的硅钢铁芯，硅钢铁芯的外围绕包有线圈绕组，支撑组件装设有与环形铜芯滑动接触的碳刷，线圈绕组通过中间连接导线与碳刷电性连接，且中间连接导线装设有全桥整流器；

工作时，当上顶板带动滚珠丝杆、滑动磁铁同步朝下移动时，滚珠丝杆通过滚珠螺母驱动环形铜芯旋转动作，旋转动作的环形铜芯切割U形磁铁的磁感线并产生电流，环形铜芯所产生的电流经全桥整流器整流后形成直流电并供给至线圈绕组，通电后的线圈绕组磁化硅钢铁芯并使得硅钢铁芯上表面的磁极与滑动磁铁下表面的磁极相同；当上顶板带动滚珠丝杆、滑动磁铁同步朝上移动时，硅钢铁芯上表面的磁极与滑动磁铁下表面的磁极相反。

其中，所述支撑组件包括有内支撑件、位于内支撑件外侧的外支撑件，内支撑件呈上窄下宽结构，所述滑动磁铁位于内支撑件的宽部的内侧，所述滚珠丝杆的下端部穿过内支撑件的窄部并伸入至内支撑件的宽部内侧；

所述环形铜芯位于内支撑件的上端部上方，且环形铜芯通过所述滚珠导轨与内支撑件的上端部连接；

外支撑件的下端部紧固安装于下底板的上表面，外支撑件的上端部延伸至内支撑件的上方，所述U形磁铁、所述碳刷分别安装于外支撑件的上端部。

其中，所述内支撑件的宽部与窄部之间设置有限位挡部，所述滑动磁铁位于限位挡部的下方；

当滑动磁铁相对内支撑件上移至上方极限位置时，滑动磁铁抵靠限位于限位挡部。

其中，所述内支撑件的宽部内侧空间为与所述滑动磁铁相适配的导向空间。

其中，所述上顶板的下表面紧固装设有承台，所述滚珠丝杆的上端部与承台紧固连接。

其中，所述上顶板的下表面设置有呈全围形状且朝下延伸的上筒部，所述下底板的上表面设置有呈全围形状且朝上延伸的下筒部，上筒部的下端部与下筒部的上端部相套接。

其中，所述上筒部的内壁与所述下筒部的外壁间隔布置，且上筒部内壁与下筒部外壁之间的间隙内填充有粘弹性阻尼材料，粘弹性阻尼材料分别与上筒部内壁、下筒部外壁粘接。

其中，所述上顶板与所述下底板之间装设有螺旋弹簧，螺旋弹簧位于所述上筒部、所述下筒部的外围；

螺旋弹簧的上端部与上顶板的边缘部抵接，螺旋弹簧的下端部与下底板的边缘部抵接。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果为：

1、在外界激励作用使得上顶板相对下底板竖向运动时，滚珠丝杆通过滚珠螺母驱动环形铜芯旋转，且环形铜芯保持于U形铁芯的内侧，环形铜芯切割U形磁铁的磁感线，以达到电涡流耗能的效果；无论是滚珠丝杆正向转动还是反向转动，由于环形铜芯和滚珠螺母保持于U形磁铁的N极与S极之间，环形铜芯都会进行切割磁感线动作并产生电流；故而，在外界激励作用使得上顶板与下底板发生相对竖向位移时，本发明均会将机械能转化为电能，并通过电能耗散来实现机械能耗散，进而实现电涡流耗能减振的目的。

2、本发明除了通过电涡流方式实现耗能减振外，还会对所产生的电流会加以利用，且通过线圈绕组通电的方式来对硅钢铁芯进行磁化作用，以使得硅钢铁芯与滑动磁铁之间产生相互作用力，且根据上顶板相对下底板朝下或者朝上移动来产生适应性的推力或者吸力，在实现消耗能量的同时，还可以适应性地调整整个装置的刚度，以提高整个装置的稳定可靠性；

3、本发明具有结构设计新颖、减振耗能效果好的优点，且能够实现刚度适应性调节变化，稳定可靠性好。

附图说明

下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖面示意图。

图3为本发明的局部结构示意图。

在图1至图3中包括有：

11-上顶板；12-上筒部；21-下底板；22-下筒部；31-滚珠丝杆；311-承台；32-滚珠螺母；41-滑动磁铁；42-U形磁铁；5-支撑组件；51-内支撑件；511-宽部；512-窄部；513-限位挡部；514-导向空间；52-外支撑件；61-环形铜芯；62-滚珠导轨；71-硅钢铁芯；72-线圈绕组；81-碳刷；82-中间连接导线；83-全桥整流器；91-粘弹性阻尼材料；92-螺旋弹簧。

实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。

实施例一，如图1和图2所示，一种新式磁力变刚度惯容减振器，包括有上顶板11、下底板21、滚珠丝杆31、滚珠螺母32、磁铁组件，上顶板11位于下底板21的上方，滚珠丝杆31呈竖向布置且滚珠丝杆31与滚珠螺母32相配合，滚珠丝杆31、滚珠螺母32、磁铁组件分别位于上顶板11与下底板21之间。

其中，滚珠丝杆31的上端部与上顶板11紧固连接；具体的，如图2所示，上顶板11的下表面紧固装设有承台311，滚珠丝杆31的上端部与承台311紧固连接；当然，除了采用上述承台311将滚珠丝杆31上端紧固安装有上顶板11外，本实施例一还可以采用其他的连接方式，例如：直接将滚珠丝杆31的上端部紧固连接于上顶板11上。

进一步的，如图2所示，磁铁组件包括有滑动磁铁41、U形磁铁42，滑动磁铁41位于滚珠丝杆31的下方且滚珠丝杆31的下端部与滑动磁铁41紧固连接。需解释的是，滑动磁铁41可以通过高强胶结剂粘接固定于滚珠丝杆31的下端部，也可以通过锁紧螺丝螺装紧固于滚珠丝杆31的下端部。

更进一步的，如图2所示，下底板21装设有支撑组件5，U形磁铁42水平安装于支撑组件5，且U形磁铁42的S极与N极水平正对，U形磁铁42的S极与N极之间装设有环形铜芯61，环形铜芯61通过滚珠导轨62安装于支撑组件5，且滚珠螺母32紧固装设于环形铜芯61。

另外，如图2所示，下底板21紧固装设有位于滑动磁铁41正下方的硅钢铁芯71，硅钢铁芯71的外围绕包有线圈绕组72，支撑组件5装设有与环形铜芯61滑动接触的碳刷81，线圈绕组72通过中间连接导线82与碳刷81电性连接，且中间连接导线82装设有全桥整流器83。需解释的是，硅钢铁芯71可以通过高强胶结剂粘接固定于下底板21，也可以通过锁紧螺丝螺装紧固于下底板21。

需解释的是，本实施例一的滚珠导轨62可以为一端面轴承结构，端面轴承结构的下端部紧固于支撑组件5，端面轴承结构的上端部与滚珠螺母32紧固连接，环形铜芯61套装紧固于滚珠螺母32外围。

在本实施例一的新式磁力变刚度惯容减振器使用过程中，当应用于建筑物减振耗能时，上顶板11固定安装于上部建筑，下底板21固定安装于下部建筑；当应用于设备减振耗能时，上顶板11固定安装于设备上，下底板21可以安装于基台或者地面上。

在本实施例一的新式磁力变刚度惯容减振器实现耗能减振的过程中，外界激励作用使得上顶板11相对下底板21发生上下运动；其中，当上顶板11相对下底板21向下运动时，上顶板11带动滚珠丝杆31、滑动磁铁41同步朝下移动，由于滚珠螺母32紧固安装于环形铜芯61，此时滚珠丝杆31通过滚珠螺母32驱动环形铜芯61顺时针旋转动作，顺时针旋转动作的环形铜芯61切割U形磁铁42的S极与N极之间的磁感线并产生电流，上述电流通过碳刷81、中间连接导线82供给至硅钢铁芯71外围的线圈绕组72，在此过程中，安装于中间连接导线82的全桥整流器83对上述电流进行整流处理并使得通入至线圈绕组72的电流为直流电，直流电使得线圈绕组72磁化硅钢铁芯71并使得硅钢铁芯71上表面的磁极与滑动磁铁41下表面的磁极相同，即此时硅钢铁芯71与滑动磁铁41之间会因同性磁极相排斥而产生推力作用，固定安装于下底板21且位于滑动磁铁41下方的硅钢铁芯71会对滑动磁铁41产生一方向朝上的推力，环形铜芯61旋转速度越快且通入至线圈绕组72的电流越大，硅钢铁芯71所产生的磁性就越强，此时硅钢铁芯71对滑动磁铁41的推力作用就越强，上述推力作用能够达到提高整个装置刚度的作用，进而减小建筑物或设备的竖向位移。

还有就是，上顶板11相对下底板21向上运动时，上顶板11带动滚珠丝杆31、滑动磁铁41同步朝上移动，由于滚珠螺母32紧固安装于环形铜芯61，此时滚珠丝杆31通过滚珠螺母32驱动环形铜芯61逆时针旋转动作，逆时针旋转动作的环形铜芯61切割U形磁铁42的S极与N极之间的磁感线并产生电流，上述电流通过碳刷81、中间连接导线82供给至硅钢铁芯71外围的线圈绕组72，在此过程中，安装于中间连接导线82的全桥整流器83对上述电流进行整流处理并使得通入至线圈绕组72的电流为直流电，该直流电与上顶板11相对下底板21朝下移动时所产生的直流电电流方向相反，且该直流电使得线圈绕组72磁化硅钢铁芯71并使得硅钢铁芯71上表面的磁极与滑动磁铁41下表面的磁极相反，即此时硅钢铁芯71与滑动磁铁41之间会因异性磁极相吸引而产生吸力作用，固定安装于下底板21且位于滑动磁铁41下方的硅钢铁芯71会对滑动磁铁41产生一方向朝下的吸力，环形铜芯61旋转速度越快且通入至线圈绕组72的电流越大，硅钢铁芯71所产生的磁性就越强，此时硅钢铁芯71对滑动磁铁41的吸力作用就越强，上述吸力作用能够达到提高整个装置刚度的作用，进而减小建筑物或设备的竖向位移。

需指出的是，在外界激励作用使得上顶板11相对下底板21竖向运动时，滚珠丝杆31通过滚珠螺母32驱动环形铜芯61旋转，且环形铜芯61保持于U形铁芯的内侧，环形铜芯61切割U形磁铁42的磁感线，以达到电涡流耗能的效果。

需强调的是，当上顶板11相对下底板21竖向运动时，无论是上顶板11相对下底板21朝上移动还是上顶板11相对下底板21朝下移动，即无论是滚珠丝杆31正向转动还是反向转动，由于环形铜芯61和滚珠螺母32保持于U形磁铁42的N极与S极之间，环形铜芯61都会进行切割磁感线动作并产生电流；故而，在外界激励作用使得上顶板11与下底板21发生相对竖向位移时，本实施例一的新式磁力变刚度惯容减振器均会将机械能转化为电能，并通过电能耗散来实现机械能耗散，进而实现电涡流耗能减振的目的。还有就是，本实施例一的新式磁力变刚度惯容减振器除了通过电涡流方式实现耗能减振外，还会对所产生的电流会加以利用，且通过线圈绕组72通电的方式来对硅钢铁芯71进行磁化作用，以使得硅钢铁芯71与滑动磁铁41之间产生相互作用力，且根据上顶板11相对下底板21朝下或者朝上移动来产生适应性的推力或者吸力，在实现消耗能量的同时，还可以适应性地调整整个装置的刚度，以提高整个装置的稳定可靠性。

综合上述情况可知，通过上述结构设计，本实施例一的新式磁力变刚度惯容减振器具有结构设计新颖、减振耗能效果好的优点，且能够实现刚度适应性调节变化，稳定可靠性好。

实施例二，如图2和图3所示，本实施例二与实施例一的区别在于：支撑组件5包括有内支撑件51、位于内支撑件51外侧的外支撑件52，内支撑件51呈上窄下宽结构，滑动磁铁41位于内支撑件51的宽部511的内侧，滚珠丝杆31的下端部穿过内支撑件51的窄部512并伸入至内支撑件51的宽部511内侧。

其中，环形铜芯61位于内支撑件51的上端部上方，且环形铜芯61通过滚珠导轨62与内支撑件51的上端部连接。

另外，外支撑件52的下端部紧固安装于下底板21的上表面，外支撑件52的上端部延伸至内支撑件51的上方，U形磁铁42、碳刷81分别安装于外支撑件52的上端部。需解释的是，U形磁铁42通过高强胶结剂粘接固定于外支撑件52的上端部，也可以通过锁紧螺丝螺装紧固于外支撑件52的上端部。

还有就是，对于采用上窄下宽结构设计的内支撑件51而言，其窄部512的上端部便于安装滚珠导轨62，以保证环形铜芯61可以自由转动的安装于U形磁铁42的S极与N极之间，且能够同时固定环形铜芯61的高度，以使得旋转动作时环形铜芯61能够完整切割磁感线。内支撑件51的宽部511能够为滑动磁铁41提供一个运动路径，保证滑动磁铁41只能上下往复运动，即能够提高整体的稳定性。

实施例三，如图2所示，本实施例三与实施例二的区别在于：内支撑件51的宽部511与窄部512之间设置有限位挡部513，滑动磁铁41位于限位挡部513的下方。

在本实施例三的新式磁力变刚度惯容减振器工作时，当滑动磁铁41相对内支撑件51上移至上方极限位置时，滑动磁铁41抵靠限位于限位挡部513，这样可以避免上顶板11与下底板21的竖向相对位移过大。

实施例四，如图2所示，本实施例四与实施例二的区别在于：内支撑件51的宽部511内侧空间为与滑动磁铁41相适配的导向空间514。

对于内支撑件51的宽部511位置的导向空间514而言，在驱动丝杆带动滑动磁铁41同步上下移动的过程中，导向空间514能够对滑动磁铁41进行导向，以保证滑动磁铁41稳定可靠地进行上下移动。

实施例五，如图1和图2所示，本实施例五与实施例一的区别在于：上顶板11的下表面设置有呈全围形状且朝下延伸的上筒部12，下底板21的上表面设置有呈全围形状且朝上延伸的下筒部22，上筒部12的下端部与下筒部22的上端部相套接。

需解释的是，上筒部12与上顶板11可以采用一体式结构设计，即上筒部12与上顶板11为一体结构；当然，上筒部12与上顶板11也可以采用分体式结构设计，即上顶板11与上筒部12可以锁紧螺丝螺装紧固连接。

同样的，下筒部22与下底板21可以采用一体式结构设计，即下筒部22与下底板21为一体结构；当然，下筒部22与下底板21也可以采用分体式结构设计，即下底板21与下筒部22可以锁紧螺丝螺装紧固连接。

实施例六，如图1和图2所示，本实施例六与实施例五的区别在于：上筒部12的内壁与下筒部22的外壁间隔布置，且上筒部12内壁与下筒部22外壁之间的间隙内填充有粘弹性阻尼材料91，粘弹性阻尼材料91分别与上筒部12内壁、下筒部22外壁粘接。

对于设置于上筒部12与下筒部22之间的粘弹性阻尼材料91而言，其能够进一步地提高耗能减振效果，一方面能够减小振动对上部建筑或者设备的影响，另一方面能够避免上筒部12与下筒部22之间的摩擦，提高使用寿命。

实施例七，如图1和图2所示，本实施例七与实施例五的区别在于：上顶板11与下底板21之间装设有螺旋弹簧92，螺旋弹簧92位于上筒部12、下筒部22的外围；螺旋弹簧92的上端部与上顶板11的边缘部抵接，螺旋弹簧92的下端部与下底板21的边缘部抵接。

通过于上顶板11与下底板21之间的螺旋弹簧92而言，其能够起到缓冲减振作用，以进一步地提高上顶板11与下底板21之间的耗能减振效果；另外，当内部耗能装置失效时，螺旋弹簧92可以起到缓冲作用，避免上部建筑或者设备的瞬时变形过大。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。