本實用新型涉及建筑設備隔震及防護技術領域，具體涉及一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置。

背景技術：

地震是常見的自然災害之一，強烈的地震會嚴重破壞建筑內部的儀器設備，造成巨大經濟損失。在建筑設備隔震方面，滾珠式隔震支座、滾輪式隔震支座、碟形彈簧支座已經比較成熟且應用比較廣泛。但是現有的滾珠式隔震支座、滾輪式隔震支座、滑塊式隔震支座等一般只考慮水平地震作用，對于豎向地震作用考慮甚少，因此僅能減弱水平地震作用，碟形彈簧支座通過吸收能量僅能在一定程度上減少豎向地震作用對建筑內部設備安全的威脅。上述被動控制的隔震支座只能單方向減弱地震作用，且無法完全隔絕地震作用，無法達到良好的隔震效果?，F有的三維隔震裝置無非是將傳統隔震支座采用并聯、串聯的組合形式實現三維隔震，此種組合方式勢必造成隔震裝置的隔震效果較差、造價較高、尺寸較大。

磁懸浮隔振是一種新型的主動式隔振方法。電磁場理論表明：電磁體與銜鐵之間的磁力作用與兩者之間距離的平方成反比，與電流的平方、匝數的平方以及氣隙面積成正比。對于建筑設備隔震，采取磁懸浮技術半主動控制簡單、方便、實用。目前，磁懸浮隔振技術已經成功運用到航天、精密儀器、交通運輸等領域，但是其技術是隔振而非隔震，且在土木工程中的隔震設備尚未見運用。

申請公布號為CN 101481933A，申請公布日為2009年7月15日的中國實用新型專利申請公開了一種建筑結構防震方法，該方法在常導條件下利用磁懸浮斥力使結構懸浮時，由于磁場本身不均勻，上部結構會發(fā)生偏移或傾斜，但該專利申請中未提供水平向的糾偏措施，因此在隔震使用中很難達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置，能夠綜合利用磁懸浮技術和水平向隔震支座對豎向地震作用和水平地震作用進行控制和減弱，實現建筑設備的三維隔震。

為實現上述目的，本實用新型所提供的一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置，其固定連接于建筑設備底盤上，其包括固定于所述建筑設備底盤上的筒形基座，所述基座內部設有固定于所述建筑設備底盤上的纏繞線圈的鐵芯、擱置于所述鐵芯上方的永磁體，所述永磁體具有相對鐵芯的豎向運動自由度；所述基座內部設有用于擱置定位框的環(huán)形墩臺，所述定位框底面開口且開口朝下地扣合于所述永磁體上；所述定位框的頂面上固定有水平向隔震支座。

優(yōu)選地，所述鐵芯與永磁體之間設置有橡膠墊，所述橡膠墊擱置于所述墩臺上。

優(yōu)選地，所述筒形基座的外側面上固定安裝有隔磁片，所述筒形基座的內側面上固定安裝有摩擦片。

優(yōu)選地，所述環(huán)形墩臺設置于所述基座內壁與鐵芯之間，所述環(huán)形墩臺對所述鐵芯形成周向限位。

優(yōu)選地，所述定位框上預留至少兩個沿定位框中心線對稱分布的位移傳感器通道。

優(yōu)選地，所述定位框的頂面上固定安裝有隔磁片。

優(yōu)選地，所述定位框與所述永磁體之間為固定連接。

優(yōu)選地，所述水平向隔震支座螺栓連接于定位框的頂面上，所述水平向隔震支座的底面高出于基座的頂面。

優(yōu)選地，所述水平向隔震支座采用滾輪式隔震支座或滾珠式隔震支座或滑塊式隔震支座。

上述技術方案所提供的一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置，具有以下有益效果：1、設計了筒形基座，電磁懸浮隔震裝置在工作過程中由于磁場本身不均勻，上部結構懸浮時容易發(fā)生偏移或傾斜，很難達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，通過設置筒形基座能有效改善上部結構水平向偏移或傾斜這一現象；2、由于常導條件下單純采用斥力裝置對電磁體的性能要求較高，采用永磁體與電磁體組合能使裝置的尺寸和造價大幅減?。涸诜歉粽饤l件下，永磁體與鐵芯存在吸力，使隔震裝置具有抗拉、抗傾覆的功能，在隔震條件下，永磁體與鐵芯產生斥力，使隔震裝置具有節(jié)能效果；3、具有良好的豎向隔震功能，在接受到地震信號時，線圈自動通電，由永磁體與鐵芯產生的斥力使得上部結構脫離與建筑設備底盤接觸，懸浮于空中，并通過控制電流大小適時調整懸浮高度，保證上部結構始終處于懸浮狀態(tài)，從而不受豎向地震作用的影響；4、具有良好的水平向隔震功能，當發(fā)生水平地震作用時，通過能夠發(fā)生較大水平變形的水平向隔震支座，基本保證上部結構不受水平地震作用影響；通過上述有效措施實現建筑設備的三維隔震，減少地震給人類帶來的損傷。

附圖說明

圖1是本實用新型的實施例1的基于電磁懸浮的三維隔震裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型的實施例1的基于電磁懸浮的三維隔震裝置的結構剖視圖；

圖3是本實用新型的實施例1的基于電磁懸浮的三維隔震裝置的結構爆炸圖；

圖4是本實用新型的實施例2的基于電磁懸浮的三維隔震裝置的結構剖視圖。

其中，1-建筑設備底盤，2-基座，3-線圈，4-鐵芯，5-永磁體，6-定位框，7-墩臺，8-水平向隔震支座，9-橡膠墊，10-隔磁片，11-摩擦片，12-位移傳感器通道，13-承重構件。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

本實用新型所提供的一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置為斥力型半主動控制磁懸浮三維隔震裝置，采用一種新型的半主動式隔震方法，在豎向地震作用下，震源與建筑設備之間用永磁體與電磁體組合形成的磁場斥力來支撐，根據地震豎向加速度，適時調整線圈的電流，控制懸浮高度，從而達到豎向隔震的目的；在水平地震作用下，震源與建筑設備之間利用水平向隔震支座隔絕，從而達到減小水平震動的目的。本實用新型可適用于建筑內部儀器設備隔震,所述建筑設備包括大型信息數據中心、救災指揮中心、醫(yī)院、博物館等放置在樓面或臺面上的非中斷性精密儀器設備、文物等，本實用新型對建筑設備在地震中的正常使用和安全具有重大保護作用。

實施例1

請參閱附圖1、2、3，本實用新型所提供的一種基于電磁懸浮的三維隔震裝置，其固定連接于建筑設備底盤1上，其包括固定于所述建筑設備底盤1上的筒形基座2。所述基座2內部設有固定于所述建筑設備底盤1上的纏繞線圈3的鐵芯4、擱置于所述鐵芯4上方的永磁體5，所述永磁體5具有相對鐵芯4的豎向運動自由度。所述基座2內部設有用于擱置定位框6的環(huán)形墩臺7，所述環(huán)形墩臺7固定于基座2內壁與鐵芯4之間，既可用于擱置定位框6，又能起到對鐵芯4的周向限位作用。所述定位框6底面開口且開口朝下地扣合于所述永磁體5上，用于對所述永磁體5進行限位固定。較佳地，所述定位框6與所述永磁體5之間為相對固定的連接，所述永磁體5焊接或者粘結固定于定位框6的安裝位內。在本實施例中，所述永磁體5可采用釹鐵硼系列。

所述定位框6的頂面上固定有水平向隔震支座8。在本實施例中，所述水平向隔震支座8采用滾輪式隔震支座。本實施例中的所述滾輪式隔震支座屬于現有技術的隔震支座，在此不對其內部結構及其功能進行詳細敘述。所述水平向隔震支座8螺栓連接于定位框6的頂面上，所述水平向隔震支座8的底面高出于基座2的頂面。所述水平向隔震支座8的底面高出于基座2的頂面。尤其是當地震荷載作用時，水平向隔震支座8的底部高于基座2的頂面。所述定位框6的頂面上粘結固定或者螺釘固定有隔磁片10。所述隔磁片10可采用不銹鋼隔磁材料(比如成分為1Cr18Ni9Ti)，用于隔絕磁污染，使本裝置可應用于各種場所，消除人們對該裝置使用過程中產生磁污染的顧慮。所述定位框6上預留至少兩個沿定位框中心線對稱分布的位移傳感器通道12，所述位移傳感器通道12用于安裝位移傳感器。

在本實施例中，所述基于電磁懸浮的三維隔震裝置應用于建筑設備隔震，所述建筑設備底盤1可為用于安裝或者安放建筑設備的基礎或者底座，所述裝置上方為與水平向隔震支座8固定連接的建筑承重構件。

請參閱附圖2，所述鐵芯4與永磁體5之間設置有橡膠墊9，所述橡膠墊9粘結固定或者螺釘固定于所述環(huán)形墩臺7上。橡膠墊片能夠保證在通電前兩鐵芯之間保持一定的間距，避免通電后兩鐵芯之間因距離過近表現為吸力，使三維隔震裝置能利用兩鐵芯之間的斥力順利實現上部結構的懸浮。

所述筒形基座2的外側面上粘結固定或者螺釘固定有隔磁片10，所述筒形基座2的內側面上粘結固定或者螺釘固定有摩擦片11。所述摩擦片11可采用塑料材質，比如聚四氟乙烯。所述摩擦片11與基座2相對固定，所述摩擦片11與定位框6接觸但不固定，保證上部裝置上下活動的靈活性。需要指出的是，在實施例中所提及的上部裝置是指在電磁斥力作用下能發(fā)生懸浮的部分，具體包括定位框6、定位框6上的隔磁片10、永磁體5、水平向隔震支座8。

所述纏繞線圈3的鐵芯4采用U型或者E型或者I型鐵芯。為保證鐵芯4與永磁體5產生足夠斥力，所述線圈3通入的電流為直流電，采用常導或超導實現懸浮。

在實際應用中，本實用新型的基于電磁懸浮的三維隔震裝置的設計需要根據設備自重與永磁體等上部裝置自重，計算浮起上部裝置所需的斥力，根據斥力大小按電磁場理論設計線圈3、鐵芯4、永磁體5，以保證懸浮間距為30mm及以上；需要根據設備自重與永磁體等上部裝置自重，計算筒形基座2需要承受的水平力，可根據需要基座2四周設置加勁肋，保證基座在水平地震作用下不會被破壞；根據設備自重與永磁體等上部裝置自重，設計墩臺7；根據裝置產生磁力大小以及漏磁狀況等，設計隔磁片10；根據鐵芯4、永磁體5與基座2之間的距離與摩擦力，設計摩擦片11及定位框6；需要根據設備自重與永磁體等上部裝置自重、鐵芯4與永磁體5的初始斥力、懸浮間距，設計橡膠墊9的厚度；需要根據設備自重與永磁體等上部裝置自重，鐵芯與永磁體的懸浮斥力以及內部需要固定的永磁體5，設計定位框6，并根據位移傳感器大小預留位移傳感器通道12；根據建筑設備自重，可以采取多個電磁懸浮隔震裝置并聯的方式，共同支撐建筑設備自重。

所述基于電磁懸浮的三維隔震裝置在施工時應先將鐵芯4可靠固定在建筑設備底盤1上，在鐵芯4上纏繞線圈3，并通過墩臺7固定鐵芯4；在墩臺7上放置設計好的橡膠墊9；利用用定位框6固定永磁體5并將定位框6擱置于橡膠墊9之上；加工基座2，并在基座2內部固定安裝摩擦片11，基座2外部固定安裝隔磁片10；在定位框6頂部固定安裝隔磁片10，并且定位框6上至少對稱預留兩個位移傳感器通道12，將位移傳感器固定在位移傳感器通道12中；在定位框6、定位框6上隔磁片10以及水平向隔震支座8預留連接孔，通過螺栓連接方式將水平向隔震支座8固定在定位框6上方；在水平向隔震支座8上方固定建筑設備的承重構件；安裝加速度監(jiān)測器開關；安裝位移電流控制器；接通電源。

本實用新型的基于電磁懸浮的三維隔震裝置在實際應用中，當接收到豎向震動信號時，加速度監(jiān)測器開關開啟電源，電磁線圈3通電，鐵芯4與永磁體5立刻產生較大的斥力，上部裝置整體脫離與地面接觸?；?對永磁體5在上升過程中及懸浮狀態(tài)下起穩(wěn)定作用，使永磁體5在工作狀態(tài)不發(fā)生錯位。摩擦片11能減小定位框6與基座2之間的摩擦，減小外界輸入能量。根據位移傳感器監(jiān)測到豎向地震的數據，由位移電流控制器實時調整電磁線圈3的電流大小，即當豎向有向上的位移時，位移電流控制器減小電流，使懸浮距離減??；當豎向有向下的位移時，位移電流控制器增大電流，使懸浮距離增大，保證能夠隔離或者減弱豎向地震對上部裝置的影響。同時，水平向隔震支座8隔絕水平地震作用。通過半主動控制與三維隔震，實現上部裝置在水平向和豎向只有極小甚至零加速度。當地震停止時，減小線圈3中的電流，使得懸浮的永磁體5緩慢回到初始狀態(tài)，至此三維隔震工作狀態(tài)結束。

實施例2

請參閱附圖4，本實施例與實施例1的區(qū)別之處在于，本實施例中的所述水平向隔震支座8采用滾珠式隔震支座。本實施例中的所述摩擦擺隔震支座屬于現有技術的隔震支座，在此不對其內部結構及其功能進行詳細敘述。在本實用新型的其他實施例中，所述水平向隔震支座8可采用滑塊式隔震支座或者其他相同或者相似功能的隔震支座。

以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本實用新型的保護范圍。