專利名稱：主動質量磁驅動振動控制裝置的制作方法
技術領域：
(一)、所屬領域本實用新型涉及的是一種減震控制裝置。具體地說是一種用于土木工程結構的減震控制裝置。
(二)、背景技術當前，為保證土木工程結構在地震和颶風等動力作用下的安全性，減輕自然災害造成的損失，土木工程結構在傳統(tǒng)的抗震設計設防基礎上出現(xiàn)了引入振動控制技術來保護結構的方法，具體就是在原有結構上附加機構、支撐或者是耗能阻尼裝置，來吸收地震和颶風等動力作用輸入給結構的能量，從而減小結構自身的動力反應，達到保護結構的目的。典型的方法如以增加剛度和阻尼為代表的各種被動控制方法，根據荷載和結構響應的反饋來能動地給結構施加一定能量以降低其反應的主動控制技術，直到近些年來發(fā)展起來的混合控制及半主動控制方法。傳統(tǒng)的結構抗震設計方法以及近期發(fā)展的被動控制手段僅僅是給結構提供了一定的強度、剛度、延性提高，但是當結構遭受的荷載達到并超過一定的強度后，這些方法既滿足不了設計要求又是不經濟的。相比之下，主動控制在抵抗強烈動力荷載方面具有獨特的優(yōu)勢。究其原因是，主動控制利用結構響應的反饋信息，結合適當的控制算法，指令控制系統(tǒng)中的驅動裝置產生控制力，由控制機構與結構共同抵御地震及颶風等不確定性荷載的作用，使結構的動力反應減小。主動控制使結構具備自我調節(jié)能力，可以適應地調整控制目標實現(xiàn)合理可行的控制決策，因此，其適用范圍更廣、控制效果更明顯。眾多的主動控制裝置中，主動質量驅動(AMD)是較為成熟且普遍應用的形式。
圖9給出的是已有的AMD的構成示意圖。通常AMD控制系統(tǒng)由質量塊26，作動驅動裝置24，由反饋傳感21、測量與在線計算23、控制芯片22組成的控制裝置，彈簧及阻尼器27組成。其中作動驅動裝置主要為液壓作動筒或伺服電機馬達兩種?，F(xiàn)在廣泛使用的電力液壓推動器是80年代仿德產品，它結構復雜、制造成本高，要用液壓油且還要常換油，維護麻煩，密封件多，常會失效造成推動器不能正常工作，吸合工作時會發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，起動和釋放時間慢，不能用于瞬間動作的工況中，操作頻率低，頻繁操作的場合不適用。加之液壓系統(tǒng)靠油路調節(jié)進油和出油來產生作用力，其反應時間相對較慢，當要求的控制較為精細時，系統(tǒng)對時間滯后的敏感性會明顯加大，這不但會降低系統(tǒng)的工作性能，達不到理想的效果，同時還會帶來主動控制不穩(wěn)定的隱患。伺服電機雖然對液壓作動作了一些改進，但由于是接觸式傳力，還存在有不可克服的問題，其啟動緩慢可能來不及響應突發(fā)的地震作用或其他緊急事件，在長期荷載如風的作用下，由于滑軌與質量塊接觸，接觸面間的動摩擦會消耗較多的能量，并且在其運行中會產生較大的噪音。此外，日本的KUMG公司研究了采用氣動作動技術的AMD控制系統(tǒng)。但無論是氣動還是液動技術，他們都面臨反應時間慢和控制精度低的缺陷。
(三)、發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種反應靈敏、結構簡單、噪音低、精確度高的主動質量磁驅動振動控制裝置。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括質量塊、控制裝置，質量塊的下部安裝有作為直線電機次極的直流勵磁線圈，質量塊的下方設置有滑軌床，滑軌床內安裝有作為直線電機初極的長定子繞組。本實用新型的裝置還可以包括如下結構特征1、質量塊的兩側及滑軌床的側壁上安裝有懸浮電磁鐵組。2、滑軌床上設置有質量塊支撐滾珠。3、滑軌床的側壁上設置有導向滾珠。4、滑軌床呈矩形槽狀，在滑軌床的兩個端壁上安裝有防碰壁彈簧組。6、滑軌床呈弧形狀，質量塊的底部呈弧形狀。本實用新型的裝置為克服傳統(tǒng)的AMD系統(tǒng)反應時間慢和控制精度低的缺陷，對其作動驅動系統(tǒng)進行改進，AMD系統(tǒng)的其余部分保留，綜合采用磁懸浮及電動機驅動技術，用磁場使質量塊懸浮起來，脫離和軌道的接觸，用電動機驅動質量運動，替代傳統(tǒng)AMD系統(tǒng)中的所有接觸元件(包括作動器、彈簧和阻尼器)。變接觸傳力為非接觸式，克服傳統(tǒng)AMD的諸多缺陷，收到諸多有益效果。主要體現(xiàn)在采用電動機驅動技術把電能直接轉換成質量運動的機械能，不需要任何中間轉換傳動的驅動裝置。它能夠有效克服使用液壓或氣動驅動時體積大、效率低、能耗高、精度差、污染環(huán)境等缺點；引入磁懸浮技術，通過電能直接產生電磁推力，無機械接觸、運行傳動零部件無磨損、機械損耗低；運行可靠、傳遞效率高、制造成本低、易于維護，裝置或系統(tǒng)噪聲很小或無噪聲，運行環(huán)境好；直線電動機可在計算機控制下高精度做功，速度不受限制，其初極和次極可以完全分離開來，分別安裝在滑軌和質量塊中。這樣形成的一個完整的主動AMD控制系統(tǒng)，它具有高效節(jié)能、高精度的特點，其在技術上是先進的，在經濟上是合理的，并且是滿足環(huán)保要求的控制裝置，能更好地滿足工程實際應用的需要。


圖1是磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的俯視圖；圖2是圖1的一種縱剖面構造圖；圖3是圖1的橫向剖面構造圖；圖4是圖1的另外一種縱向剖面視圖，即弧形軌道形式的縱剖面構造圖；圖5是非是磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的俯視圖；圖6是圖5的一種縱剖面構造圖；圖7是圖5的橫向剖面構造圖；圖8是圖5的另外一種縱向剖面視圖，即弧形軌道形式的縱剖面構造圖；圖9是已有的AMD的構成示意圖。
(五)、具體實施方案
以下結合附圖舉例對本實用新型作更詳細的描述實施例一，結合圖1-圖3，它給出的是一種磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的一種實施方案的結構。它包括質量塊2，質量塊的下部安裝有作為直線電機次極的直流勵磁線圈4，質量塊的下方設置有滑軌床1，滑軌床內設置有作為直線電機初極的長定子繞組3，滑軌床呈矩形槽狀，在滑軌床的兩個端壁7上安裝有防碰壁彈簧組5，質量塊的兩側及滑軌床的側壁上安裝有懸浮電磁鐵組6。采用常導磁懸浮技術(EMS)或超導磁懸浮技術(EDS)，在質量塊的兩個側面及與其相對的軌道上安裝上電磁鐵或永磁鐵，依靠其相互作用的吸引力和排斥力使質量懸浮起來，通過改變電磁鐵中通入的電流大小來調節(jié)懸浮高度。如果不需要懸浮質量塊也可以省去這一步驟。然后，把傳統(tǒng)的旋轉電動機改造成為直線電動機，把一臺旋轉感應電動機沿著一條半徑方向剖開，并且展平，在直線電機中，相當于旋轉電機定子的，叫初極，把它裝置于滑軌床中，相當于旋轉電機轉子的叫次極，把它安裝在質量塊中。將傳統(tǒng)圓筒型電機的初極展開拉直形成了滑軌，變初極的封閉磁場為開放磁場，在電機的三相繞組中通入三相對稱正弦電流后，產生氣隙磁場，其氣隙磁場9的分布情況與旋轉電機相似，是沿展開的直線方向呈正弦分布的。當三相電流隨時間變化時，氣隙磁場按定向相序沿直線移動，是平移的行波磁場。當次極(質量塊)中通入直流電，它和氣隙磁場相互作用便產生了電磁推力，此時初極(滑軌床)是固定不動的，次極就順著行波磁場運動的方向做直線運動。傳統(tǒng)電機中，主要靠改變初極中交流電的頻率及通電方式來控制電機的旋轉，這里可以同時改變初極中的交流電和次極中的直流電的頻率和幅值來控制質量塊的運動方式。靠氣隙磁場與其中通電的導線之間的相互作用實現(xiàn)上述的主動控制力。
實施例二，結合圖4，它給出的是一種磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的另一種實施方案的結構。它與上一實施方案的區(qū)別在于滑軌床11呈弧形狀，質量塊2的底部呈弧形狀。該弧形軌道可以節(jié)省空間，特別適于安裝在空間有限的建筑中。與直線軌道不同，采用弧形軌道應盡量減小軌道水平投影尺寸，來獲得占用空間小的優(yōu)勢。為此，質量塊應盡可能的降低其重心高度，形式上越扁越好，并使其與軌道有盡可能多的接觸長度，將電動機定子繞組3和直流勵磁線圈4按照軌道的曲率做成弧形，分別裝于弧形軌道11的頂部和質量塊2的下部，軌道的曲率須經設計給定。此外，弧形的軌道構造還可以省去防碰壁彈簧及邊壁等構造，余者與直線型軌道完全相同。
實施例三，結合圖5-7，它給出的是一種非磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的結構。它與實施例一的區(qū)別在于滑軌床上設置有質量塊支撐滾珠12。這樣可省略懸浮磁鐵組。制造成本比較低廉。
實施例四，結合圖8，它給出的是另一種非磁懸浮式主動質量磁驅動振動控制裝置的結構。它與實施例三的區(qū)別在于滑軌床11呈弧形狀，質量塊2的底部呈弧形狀。
權利要求1.一種主動質量磁驅動振動控制裝置，它包括質量塊、控制裝置，其特征是質量塊的下部安裝有作為直線電機次極的直流勵磁線圈，質量塊的下方設置有滑軌床，滑軌床內安裝有作為直線電機初極的長定子繞組。
2.根據權利要求1所述的主動質量磁驅動振動控制裝置，其特征是質量塊的兩側及滑軌床的側壁上安裝有懸浮電磁鐵組。
3.根據權利要求1所述的主動質量磁驅動振動控制裝置，其特征是滑軌床上設置有質量塊支撐滾珠。
4.根據權利要求3所述的主動質量磁驅動振動控制裝置，其特征是滑軌床的側壁上設置有導向滾珠。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的主動質量磁驅動振動控制裝置，其特征是滑軌床呈矩形槽狀，在滑軌床的兩個端壁上安裝有防碰壁彈簧組。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的主動質量磁驅動振動控制裝置，其特征是滑軌床呈弧形狀，質量塊的底部呈弧形狀。
專利摘要本實用新型提供的是一種主動質量磁驅動振動控制裝置。它包括質量塊、控制裝置，質量塊的下部安裝有作為直線電機次極的直流勵磁線圈，質量塊的下方設置有滑軌床，滑軌床內安裝有作為直線電機初極的長定子繞組。本實用新型的裝置具有反應靈敏、結構簡單、噪音低、精確度高等優(yōu)點。
文檔編號E04B1/98GK2571854SQ0227527
公開日2003年9月10日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權日2002年9月13日
發(fā)明者歐進萍, 李惠, 張春巍 申請人:歐進萍, 李惠, 張春巍