本實(shí)用新型涉及減震控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及壓電式自供能磁流變阻尼器。

背景技術(shù)：

建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)因地震或風(fēng)載激勵作用下的破壞，將造成人員傷亡和直接或間接的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。在抗震規(guī)范中，通常采用加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件，利用結(jié)構(gòu)本身的彈塑性變形消耗地震或風(fēng)振的能量，從而保證建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用性。相關(guān)技術(shù)中采用磁流變阻尼器提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)能力，但對外置傳感器及控制電源的要求較高，造成使用上的不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種壓電式自供能磁流變阻尼器，以解決上述技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例采用的技術(shù)方案是，壓電式自供能磁流變阻尼器，包括發(fā)電單元、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元和阻尼單元；所述發(fā)電單元連接所述阻尼單元，所述阻尼單元連接所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元，所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元連接發(fā)電單元。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電單元、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元和阻尼單元的外部均分別套設(shè)有外套筒；相鄰所述外套筒之間螺紋連接。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電單元包括第一止推軸承、第一鎖緊螺母、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)子、葉片和多個(gè)壓電振子；所述轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)子、葉片和壓電振子從內(nèi)到外依次設(shè)置；所述轉(zhuǎn)動軸的頂端安裝第一止推軸承；所述第一止推軸承由第一鎖緊螺母緊固防松；所述轉(zhuǎn)子套設(shè)在所述轉(zhuǎn)動軸的外部；所述葉片在所述轉(zhuǎn)子的外側(cè)壁上規(guī)則設(shè)置，一端與所述轉(zhuǎn)子連接，另一端為懸置端；所述壓電振子在所述外套筒內(nèi)側(cè)壁上與所述葉片對應(yīng)規(guī)則設(shè)置，一端與所述外套筒剛性連接為一體，另一端為懸置端；所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述葉片的懸置端碰撞激勵所述壓電振子的懸置端。

作為優(yōu)選，所述的運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元包括內(nèi)活塞桿、絲杠螺母、絲杠軸、第二止推軸承和聯(lián)軸器；所述絲杠螺母位于所述內(nèi)活塞桿的上端部，所述絲杠軸的上端通過所述聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動軸連接，其下端位于所述內(nèi)活塞桿內(nèi)，所述內(nèi)活塞桿的下端位于所述阻尼單元內(nèi)；所述第二止推軸承安裝在所述絲杠軸上；所述第二止推軸承由第二鎖緊螺母緊固防松。

作為優(yōu)選，所述阻尼單元包括內(nèi)密封件、外密封件、活塞頭、外活塞桿、電磁線圈，所述內(nèi)密封件與所述外密封件分別位于阻尼單元的上下端，與所述外套筒形成密閉的空腔，所述空腔內(nèi)填充磁流變液；所述活塞頭位于所述空腔的中部，所述內(nèi)活塞桿與所述外活塞桿剛接于所述活塞頭上；所述電磁線圈外繞于所述活塞頭上。

作為優(yōu)選，還包括上連接頭和下連接頭，所述上連接頭與所述發(fā)電單元連接，所述下連接頭與所述阻尼單元連接。

作為優(yōu)選，所述壓電振子采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，包括基板、基座、上壓電片、下壓電片和電纜；所述上壓電片和下壓電片的上下端面均分別與所述電纜一端的兩個(gè)端子電氣連接；所述連接處設(shè)有環(huán)氧樹脂保護(hù)層；所述電纜另一端的兩個(gè)端子穿過所述外套筒，與外接交流-直流調(diào)整電路電氣連接。

作為優(yōu)選，所述第一止推軸承和第二止推軸承均分別設(shè)有2個(gè)；所述外套筒將相鄰兩所述第一止推軸承或第二止推軸承隔開。

作為優(yōu)選，所述電磁線圈的末端經(jīng)所述活塞頭、外活塞桿和第二連接頭延伸至所述外套筒的外部；與所述外接交流-直流調(diào)整電路電氣連接。

與相關(guān)技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果是，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種壓電式自供能磁流變阻尼器，包括發(fā)電單元、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元和阻尼單元；所述發(fā)電單元連接所述阻尼單元，所述阻尼單元連接所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元，所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元連接發(fā)電單元；所述發(fā)電單元將地震或風(fēng)振輸入結(jié)構(gòu)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可直接耗散振動能量，保護(hù)結(jié)構(gòu)；也充分利用了外界振動能量保證為阻尼器供電，間接耗散振動能量；不需要額外的外置電源和傳感器配合工作，減震抗風(fēng)效果穩(wěn)定，使用方便。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例圖1的A-A剖面圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例磁流變效應(yīng)原理圖。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例另一磁流變效應(yīng)原理圖。

圖6本實(shí)用新型實(shí)施例壓電效應(yīng)原理示意圖。

其中：發(fā)電單元1、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2、阻尼單元3、上連接頭4、第一止推軸承5、壓電振子6、轉(zhuǎn)子7、聯(lián)軸器8、第二止推軸承9、絲杠軸10、絲杠螺母11、內(nèi)活塞桿12、內(nèi)密封件13、磁流變液14、電磁線圈15、外套筒16、外密封件17、下連接頭18、葉片19、轉(zhuǎn)動軸20、上壓電片21、基座22、下壓電片23、基板24、活塞頭25、外活塞桿26、第一鎖緊螺母27、第二鎖緊螺母28。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)因地震或風(fēng)載激勵作用下的破壞，將造成人員傷亡和直接或間接的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。在抗震規(guī)范中，通常采用加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件，利用結(jié)構(gòu)本身的彈塑性變形消耗地震或風(fēng)振的能量，從而保證建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用性，但減震抗風(fēng)效果較差。

為進(jìn)一步地確保建筑和橋梁等結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用性，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)如隔震或消能減振技術(shù)被引入到土木領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)振動控制主要是通過附加耗能器或阻尼器提供附加阻尼，以消耗輸入結(jié)構(gòu)的能量，從而更大程度上保護(hù)建筑和橋梁結(jié)構(gòu)。其中，半主動控制技術(shù)因同時(shí)具備主動控制可控性和被動控制能量需求低的優(yōu)勢而被青睞。因具有出力大、能量消耗較低、響應(yīng)速度快且阻尼力可通過控制單元實(shí)現(xiàn)連續(xù)順逆可調(diào)等優(yōu)良特點(diǎn)，磁流變(Magnetorheological，MR)阻尼器半主動控制技術(shù)成為新一代高性能的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)。

磁流變半主動控制系統(tǒng)，在橋梁、建筑、汽車懸架等領(lǐng)域之中應(yīng)用的理論與模型試驗(yàn)研究已經(jīng)比較成熟，但在工程中仍沒得到大規(guī)模推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有的磁流變減震裝置存在的主要問題在于：傳統(tǒng)的磁流變控制系統(tǒng)中附加傳感器等設(shè)備的存在，導(dǎo)致磁流變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間較大、系統(tǒng)可靠性降低；附加設(shè)備中部件的不定期檢查更換，造成了不必要的人力和物力消耗?？刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜性和不可靠性，使得其在大型建筑或斜拉橋中的應(yīng)用受到了一定的限制。

另外，由于地球化石能源的過度使用，導(dǎo)致能源短缺、氣候變遷及溫室效應(yīng)等眾多問題，因此各國開始尋找無污染可替代能源，如太陽能、水力、地?zé)帷L(fēng)能、潮汐能、海洋溫差及機(jī)械振動能。因振動能不受天氣因素的影響，不受季節(jié)影響，在生活環(huán)境中非常普遍，且采用適當(dāng)汲取裝置即可轉(zhuǎn)換成電能形式，它已成為新的能量收集研究熱點(diǎn)。振動能量收集主要有電磁式、靜電式和壓電式三種形式。壓電式收集裝置是基于壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)振動能量收集，在壓電材料受到外荷載作用時(shí)，將產(chǎn)生與荷載成正比的電荷，如圖6所示。相比于前兩種轉(zhuǎn)換裝置，壓電式發(fā)電裝置具有能量密度高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、動作反應(yīng)快、體積小、噪聲低、不發(fā)熱、無電磁干擾、無污染、對環(huán)境干擾的敏感度低、便于與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接、不需要固定磁場或靜電場、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的微小化、集成化等優(yōu)點(diǎn)。鑒于土木結(jié)構(gòu)中的地震或風(fēng)振等振動能量較大，研究壓電裝置在低頻振動時(shí)的發(fā)電特性會更有實(shí)際意義。

下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

壓電式自供能磁流變阻尼器，參照附圖1、2、3、4、5、6，包括發(fā)電單元1、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2和阻尼單元3；所述發(fā)電單元1連接所述阻尼單元3，所述阻尼單元3連接所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2，所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2連接發(fā)電單元1。所述發(fā)電單元1將地震或風(fēng)振輸入結(jié)構(gòu)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可直接耗散振動能量，保護(hù)結(jié)構(gòu)；也充分利用了外界振動能量保證為阻尼器供電，間接耗散振動能量；不需要額外的外置電源和傳感器配合工作，減震抗風(fēng)效果穩(wěn)定，使用方便；結(jié)構(gòu)簡單。

進(jìn)一步地，所述發(fā)電單元1、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2和阻尼單元3的外部均分別套設(shè)有外套筒16；相鄰所述外套筒16之間螺紋連接。采用三段螺紋連接結(jié)構(gòu)便于對阻尼器的拆解和維護(hù)。

進(jìn)一步地，所述發(fā)電單元1包括第一止推軸承5、第一鎖緊螺母27、轉(zhuǎn)動軸20、轉(zhuǎn)子7、多個(gè)葉片19和多個(gè)壓電振子6；所述轉(zhuǎn)動軸20、轉(zhuǎn)子7、葉片19和壓電振子6從內(nèi)到外依次設(shè)置；所述轉(zhuǎn)動軸20的頂端安裝第一止推軸承5，保證轉(zhuǎn)動軸20的均勻受力旋轉(zhuǎn)；所述第一止推軸承5由第一鎖緊螺母27緊固防松；所述轉(zhuǎn)子7套設(shè)在所述轉(zhuǎn)動軸20的外部；所述葉片19在所述轉(zhuǎn)子7的外側(cè)壁上規(guī)則設(shè)置，一端與所述轉(zhuǎn)子7連接，另一端為懸置端；所述壓電振子6在所述外套筒16的內(nèi)側(cè)壁上與所述葉片19對應(yīng)規(guī)則設(shè)置，一端與所述外套筒16剛性連接為一體，另一端為懸置端；所述轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述葉片19的懸置端碰撞激勵所述壓電振子6的懸置端，所述壓電振子6產(chǎn)生電能。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2包括內(nèi)活塞桿12、絲杠螺母11、絲杠軸10、第二鎖緊螺母28、第二止推軸承9和聯(lián)軸器8；所述絲杠螺母11位于所述內(nèi)活塞桿12的上端部，所述絲杠軸10的上端通過所述聯(lián)軸器8與所述轉(zhuǎn)動軸20連接，其下端位于所述內(nèi)活塞桿12內(nèi)，所述內(nèi)活塞桿12的下端位于所述阻尼單元3內(nèi)；所述第二止推軸承9安裝在所述絲杠軸10上，位于所述發(fā)電單元1、運(yùn)動方式轉(zhuǎn)換單元2之間；所述第二止推軸承9由第二鎖緊螺母28緊固防松。所述內(nèi)活塞桿12相對于固定的外套筒16來回往復(fù)平動的過程中，通過所述聯(lián)軸器8、絲杠軸10將所述內(nèi)活塞桿12的平動轉(zhuǎn)化為所述轉(zhuǎn)動軸20的轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)動軸20轉(zhuǎn)動帶動所述轉(zhuǎn)子7轉(zhuǎn)動，通過所述葉片19激勵所述壓電振子6將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，為阻尼單元3提供能量來源，改變阻尼單元的力學(xué)性能,不需要外置電源，使用方便，安全性能高。

進(jìn)一步地，所述阻尼單元3包括內(nèi)密封件13、外密封件17、活塞頭25、外活塞桿26、電磁線圈15，所述內(nèi)密封件13與所述外密封件17分別位于阻尼單元3的上下端，與所述外套筒16形成密閉的空腔，所述空腔內(nèi)填充磁流變液14，防止漏液；所述活塞頭25位于所述空腔的中部，所述內(nèi)活塞桿12與所述外活塞桿26剛接于所述活塞頭25上；所述電磁線圈15外繞于所述活塞頭25上。

傳統(tǒng)的磁流變控制系統(tǒng)在工作過程中，不僅需要附加傳感器獲取結(jié)構(gòu)振動狀態(tài)信息(速度、位移或加速度)，而且需要按照主動控制算法計(jì)算確定最優(yōu)控制力，根據(jù)磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過外置電源和控制器來改變勵磁線圈電流，從而實(shí)現(xiàn)阻尼力的連續(xù)順逆調(diào)節(jié)和控制，從而盡可能接近主動最優(yōu)控制力，達(dá)到控制效果。

所述磁流變液14主要由非導(dǎo)磁性液體(如水或油)和均勻分散于其中的高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒(如羥基鐵粉)組成；在所述電磁線圈15的磁場作用下，所述磁流變液14的流動特性發(fā)生顯著變化，即粘度增大、屈服應(yīng)力增加，表現(xiàn)為類固體特性；當(dāng)磁場作用撤除時(shí)，其性能又迅速恢復(fù)為良好的流動性；采用磁流變液14在電磁線圈15的磁場作用下起到減震的作用，不需要外設(shè)的控制器，降低減震裝置可用空間，節(jié)省成本。

進(jìn)一步地，還包括上連接頭4和下連接頭18，所述上連接頭4與所述發(fā)電單元1連接，所述下連接頭18與所述阻尼單元3連接；所述上連接頭4和下連接頭18分別與外部結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)阻尼器與建筑結(jié)構(gòu)的連接，有效實(shí)現(xiàn)減震作用。

進(jìn)一步地，所述壓電振子6采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，包括基板24、基座22、上壓電片21、下壓電片23和電纜；所述上壓電片21和下壓電片23的上下端面均分別與所述電纜一端的兩個(gè)端子電氣連接；所述連接處設(shè)有環(huán)氧樹脂保護(hù)層；所述電纜另一端的兩個(gè)端子穿過所述外套筒16，與外接交流-直流調(diào)整電路電氣連接。

所述內(nèi)活塞桿12在外載激勵下，相對于所述外套筒16及其固定組件產(chǎn)生往復(fù)的平動，通過附于內(nèi)活塞桿12端部的絲杠螺母11帶動所述絲杠軸10換向，所述絲杠軸10通過聯(lián)軸器8帶動所述發(fā)電單元2中的轉(zhuǎn)動軸20、轉(zhuǎn)子7及葉片19一體轉(zhuǎn)動；因葉片19的激勵，引發(fā)所述壓電振子6產(chǎn)生變形，所述壓電振子6中的上壓電片21和下壓電片24因壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能，形成交流電，通過電纜經(jīng)過交流到直流的轉(zhuǎn)換，然后供給磁流變阻尼單元，改變阻尼單元3的力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)減震效果。且本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)具有智能性，可以通過外載激勵的不同而產(chǎn)生不同的阻尼效果。

進(jìn)一步地，所述第一止推軸承5和第二止推軸承9均分別設(shè)有2個(gè)；所述外套筒16將相鄰兩所述第一止推軸承5或第二止推軸承9隔開。有效保證所述轉(zhuǎn)動軸20和所述絲杠軸10的均勻受力旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述電磁線圈15的末端經(jīng)所述活塞頭25、外活塞桿26和第二連接頭18延伸至所述外套筒16的外部，與所述外接交流-直流調(diào)整電路電氣連接。所述發(fā)電單元1產(chǎn)生的電能經(jīng)所述電纜另一端的兩個(gè)端子、外接交流-直流調(diào)整電路傳輸至所述電磁線圈15上，為所述電磁線圈15形成磁場提供電能，改變所述阻尼單元3的阻尼性能。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。