本发明属于输电塔等高耸结构减振的控制领域，具体涉及一种多维电磁智能减振装置，主要适用于输电塔等高耸结构在风荷载及地震作用下的振动现象。
背景技术：
输电塔等高耸结构具有对称性强且自振周期较长的特点，是典型的动力敏感结构。风灾发生频率高、覆盖范围广，强风作用下可使得输电塔体杆件失稳破坏直接导致输电塔体倒塌、线路跳闸，严重影响了输电线路正常运行；地震灾害是我国最重要的自然灾害之一，输电塔等高耸结构的抗震设计与结构的安全性和稳定性直接相关。对于新建输电塔的抗风及抗震设计，目前学者多对输电塔线体系耦合作用下的动力响应进行研究；对于已有输电塔等高耸结构，学者则进行减振或加固装置研究，采用隔震耗能减振设计能够增大非弹性状态高耸结构的延性，将地震作用或风荷载释放的能量吸收，从而降低灾害带来的不良影响，减轻人民生命财产损失。但目前的减振装置设计多为被动控制，使得装置对地震作用及风荷载反应效率低，且所使用耗能材料造价高，使得装置难以推广应用。
技术实现要素：
本发明提供了一种多维电磁智能减振装置，通过减震装置内部的减振设计减小导线振动的负面效果，消耗导线振动所产生的能量。通过将机械能转换为电能并消耗，达到所期待的减振效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提出的一种多维电磁智能减振装置，包括上部分、中部分和下部分；
包括上部分、中部分和下部分；
其中上部分包括上壳体、左上圆盘、右上圆盘；其中左上圆盘、右上圆盘安装在上壳体内，左上圆盘、右上圆盘的中心位置各自与一个滚珠丝杠螺纹配合；在左上圆盘、右上圆盘的之间安装有磁控形状记忆合金杆，磁控形状记忆合金杆的端部均设有一个非金属块，所述的非金属块通过弹簧与上圆盘、右上圆盘连接；磁控形状记忆合金杆的中心位置与悬挂在上壳体的质量杆相连；在两个圆盘内部设有缠绕线圈的金属块，所述的线圈连接有电源、电流感应器；
中部分包括中部圆盘、质量球和中壳体，所述中壳体和上壳体部分搭接，所述的圆盘为一个可万向自由转动的圆盘，在该圆盘上放置一个可自由滚动的且装有一定质量阻尼液体的质量小球；质量小球晃动时撞击安装于中部圆盘四周的压电陶瓷，压电陶瓷所产生电流汇集至电流收集器，所述的电流收集器与线圈相连；
下部分与中部分的中壳体底部弹性连接，且部分搭接。
作为进一步的技术方案，所述的下部包括底座，底座与中壳体部分搭接，底座与中壳体搭接部分设有粘弹性材料，且中壳体的底部与直接结构之间通过弹簧相连。
作为进一步的技术方案，所述的滚珠丝杠为一侧有可固接于结构的金属或其他不易变形材料的铆接装置，另一侧为套装在滚珠丝杠的外筒套，该外套筒固定在左上圆盘或者右上圆盘的中心位置。
作为进一步的技术方案，所述的上壳体在丝杠通过处覆有具有柔性材料。
作为进一步的技术方案，在中壳体的四个角均设有隔板，隔板与中壳体之间形成一个空间，在该空间内放置有多个滚球，所述的圆盘的底部放置在滚珠上。
作为进一步的技术方案，所述的压电陶瓷与隔板上部对称布置电流收集器相连，并有导线连接电流收集器与上部圆盘的线圈。
作为进一步的技术方案，在中部圆盘表面下嵌有一层磁铁；所述的质量小球表面覆有与圆盘表面下同极磁铁。
作为进一步的技术方案，所述上壳体为一个底部敞口的矩形壳体，所述的中壳体为一个上部敞口的矩形壳体。
作为进一步的技术方案，在上壳体与中壳体的搭接处填充有粘弹性材料。
作为进一步的技术方案，所述的磁控形状记忆合金杆为一个十字交叉杆。
本发明的工作原理如下：
本装置分上、中、下三部分，上部分其外部有固接于结构的杆件，水平方向发生振动时通过滚珠丝杠带动圆盘转动，拉伸弹簧后拉长磁控形状记忆合金，使之变形耗能；中部分为一可万向自由转动圆盘上放置一可自由滚动的装有一定质量阻尼液体的小球，质量小球晃动时撞击安装于圆盘四周的压电陶瓷，所产生电流汇集至上部圆盘内电流收集器，当电流到达一定值，电路断开磁场突然消失，使得磁控形状记忆合金有收缩至原本形状趋势，增加上部耗能量；上、中部分不固接，在套接处填充粘弹性材料，当结构发生扭转时耗能；结构竖向振动时，下部与中部连接有弹簧使得装置上中部振动耗能。
本发明的有益效果是：
本发明通过组合形式实现多维耗能。上部分通过滚珠丝杠将水平方向振动转换为圆盘转动，通过弹簧拉动磁控形状记忆合金使之变形耗能；中部分通过装有一定质量阻尼液体小球在圆盘上自由滚动耗能；下部分通过弹簧使得上中部振动耗能。
本发明利用压电陶瓷实现机械能与电能转换，利用上部圆盘内部可控制电路开合的电流感应器控制磁场大小，从而使得磁控形状记忆合金有向初始形状变化的趋势，在振动强度增加时实现耗能可调节。
本发明各部件均可灵活拆卸，安装方便，可根据建筑结构自振频率不同调整底部弹簧组布置情况及中部小球内阻尼液体质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为一种多维电磁智能减振装置。
图2为上部圆盘内部线路详图；
图3为图1中的a-a视图；
图4、图5为十字交叉形状记忆合金杆详图；
图6为图1中的b-b视图。
图1中：1上圆盘；2滚珠丝杠与结构固结部分；3中部结构；4下部底座；5滚珠丝杠；6粘弹性材料；7粘弹性材料,8上壳体，9中壳体，10弹簧，11中部圆盘。
1-1质量杆；1-2非金属块；1-3十字交叉磁控形状记忆合金杆；1-4弹簧；1-5螺栓。
3-1滚珠；3-2隔板；3-3质量小球；3-4压电陶瓷及电流收集器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式，如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术部分所描述的，目前的减振装置设计多为被动控制，使得装置对地震作用及风荷载反应效率低，且所使用耗能材料造价高，使得装置难以推广应用。本实施例涉及一种多维电磁智能减振装置，尤其涉及一种对输电塔等高耸结构减少外界振动影响的防护装置。本专利采用磁控形状记忆合金msma为主要耗能单元，利用其造价低、变形率大、易于控制、功率密度大、高动态响应速度和高机电能量转换效率的优点，通过装置内部质量小球在外部振动作用下撞击压电陶瓷自供电改变磁场实现对msma变形的半主动控制。本专利可以多维耗能、安装方便、便于拆卸，其耗能能力强，可以有效减弱风灾及地震作用对结构的破坏程度，具有广泛的防振作用。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种多维电磁智能减振装置，分上部分、中部分、下部分三部分；
其中上部分包括上壳体8和上圆盘1、滚珠丝杠5，具体的，上圆盘1包括左上圆盘、右上圆盘、左滚珠丝杠、右滚珠丝杠，上壳体8为一个底部敞口的矩形壳体，其中左上圆盘、右上圆盘安装在上壳体内，左滚珠丝杠从上壳体的左侧穿入壳体与左上圆盘的中心轴部螺纹连接，右滚珠丝杠从上壳体的右侧穿入壳体与右上圆盘的中心轴部螺纹连接；滚珠丝杠为一侧有可固接于结构的金属或其他不易变形材料的铆接装置，另一侧与滚珠丝杠外筒套接的圆盘为轻质空心，并留有内部电路与中部导线相连的小孔。本发明通过滚珠丝杠实现将水平振动转换为圆盘转动，通过弹簧拉动磁控形状记忆合金使之变形耗能。
左上圆盘、右上圆盘之间通过弹簧相连；在左上圆盘、右上圆盘的之间安装有十字交叉磁控形状记忆合金杆1-3，十字交叉磁控形状记忆合金杆1-3如图3、图4、图5所示，十字交叉磁控形状记忆合金杆1-3包括两个杆，十字交叉设置，十字交叉磁控形状记忆合金杆1-3的四个端部均设有一个非金属块1-2，所述的非金属块1-2与弹簧1-4连接在一起；十字交叉磁控形状记忆合金杆1-3的中心位置与悬挂在上壳体的质量杆1-1相连。
上述的上圆盘、右上圆盘为一个中空结构，在两个圆盘内部设有缠绕线圈的金属块，所述的线圈连接有电源、电流感应器和电流收集器。进一步的，上部与滚珠丝杠外部套接的圆盘内部装有电路，电路包括：电源；可控制电路开合的电流感应装置；绕有线圈的金属块；与中部压电陶瓷顶部电流收集器相连的导线，且导线穿过上部圆盘侧面预留的小孔，导线长度根据实际应用安装情况调整。
水平方向发生振动时通过滚珠丝杠带动圆盘转动，拉伸弹簧后拉长磁控形状记忆合金，使之变形耗能。
中部分3包括一个中部圆盘、一个小球和一个中壳体9，所述的中壳体9可以为一个上部敞口的矩形壳体，中壳体和上壳体部分搭接，在两者搭接处填充有粘弹性材料6。所述的圆盘为一个可万向自由转动的圆盘，在中壳体的四个角均设有隔板3-2，隔板与中壳体之间形成一个空间，在该空间内放置有很多滚球，所述的圆盘的底部放置在滚珠3-1上，圆盘的面积满足当圆盘在中壳体的中心位置时，其均可以与四个角位置的滚珠3-1接触；沿着圆盘的圆周方向设有一圈隔板，在隔板上贴有压电陶瓷及电流收集器3-4，在该圆盘上放置一个可自由滚动的且装有一定质量阻尼液体的质量小球3-3，在所述的质量小球3-3的外部覆有磁铁。质量小球3-3晃动时撞击安装于圆盘四周的压电陶瓷，所产生电流汇集至上部两个圆盘内电流收集器，当电流到达一定值，电路断开磁场突然消失，使得磁控形状记忆合金杆又收缩至原本形状趋势，增加上部耗能量；上部分和中部分不固接，在套接处填充粘弹性材料，当结构扭转时耗能；结构竖向振动时，下部与中部连接有弹簧使得装置上中部振动耗能。
所述的下部包括四个直角结构底座4，四个直角结构与中壳体部分搭接，直角结构与中壳体搭接部分设有粘弹性材料7，且中壳体的底部与直接结构之间通过弹簧10相连。
所述的上部与中部不固接，上部外壳套装与中部外壳，缝隙中填充粘弹性材料。所述的中部与下部不固接，下部外壳在减振装置四角套装于中部外壳，缝隙中填充粘弹性材料。
进一步的，所述的上部十字交叉固接于减振装置外壳的磁控形状记忆合金，通过螺栓与非金属杆件锚固。十字交叉形状如图2所示，便于安装与拆卸。
进一步的，所述的上部连接圆盘与磁控形状记忆合金的弹簧，通过焊接及其他固接方式与圆盘和合金连接，弹簧长度根据实际应用安装情况调整。
进一步的，所述的上部外壳在螺旋丝杠通过处覆有具有一定厚度的柔性材料。
进一步的：所述的中部布置于减振装置四角的滚珠，每一组滚珠在无减震装置外壳处有不高于滚珠半径的隔板以固定滚珠位置。
进一步的：所述的中部可万向转动的圆盘上安装一周隔板并布置有压电陶瓷，在隔板上部对称布置电流收集器，并有导线连接电流收集器与上部圆盘内电路；在中部可万向转动的圆盘表面下嵌有一层磁铁。所述的中部可万向转动的圆盘上放置一可自由滚动小球，小球表面覆有与圆盘表面下同极磁铁，小球内部装有一定质量的阻尼液体。
进一步的技术方案为：所述的下部包括安装于减震装置四角的弹簧组合，弹簧组合下部固接于具有一定厚度的橡胶垫。
如图4所示，为上部的十字交叉磁控形状记忆合金杆铆接详图，两部分通过榫卯结构拼接后与安装于减振装置外壳的质量杆件通过螺栓连接。
如图2所示，为上部圆盘内电路详图，包括电源；可控制电路开合的电流感应装置；绕有线圈的金属块；与中部压电陶瓷顶部电流收集器相连的导线。结构振动时，中部装有一定质量阻尼液体的小球自由滚动并撞击压电陶瓷产生电流通过电流收集器和导线流入电路，线路中电流增加，绕线圈金属块产生的磁场加强，当电流达到规定限制时，电流感应装置断开电路，磁场消失，使磁控形状记忆合金有收缩至原本形状趋势，增加上部耗能量。
本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。
1.一种多维电磁智能减振装置，其特征在于：包括上部分、中部分和下部分；
其中上部分包括上壳体、左上圆盘、右上圆盘；其中左上圆盘、右上圆盘安装在上壳体内，左上圆盘、右上圆盘的中心位置各自与一个滚珠丝杠螺纹配合；在左上圆盘、右上圆盘的之间安装有磁控形状记忆合金杆，磁控形状记忆合金杆的端部均设有一个非金属块，所述的非金属块通过弹簧与上圆盘、右上圆盘连接；磁控形状记忆合金杆的中心位置与悬挂在上壳体的质量杆相连；在两个圆盘内部设有缠绕线圈的金属块，所述的线圈连接有电源、电流感应器；
中部分包括中部圆盘、质量球和中壳体，所述中壳体和上壳体部分搭接，所述的圆盘为一个可万向自由转动的圆盘，在该圆盘上放置一个可自由滚动的且装有一定质量阻尼液体的质量小球；质量小球晃动时撞击安装于中部圆盘四周的压电陶瓷，压电陶瓷所产生电流汇集至电流收集器，所述的电流收集器与线圈相连；
下部分与中部分的中壳体底部弹性连接，且部分搭接。
2.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述的下部包括底座，底座与中壳体部分搭接，底座与中壳体搭接部分设有粘弹性材料，且中壳体的底部与直接结构之间通过弹簧相连。
3.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述的滚珠丝杠为一侧有可固接于结构的金属或其他不易变形材料的铆接装置，另一侧为套装在滚珠丝杠的外筒套，该外套筒固定在左上圆盘或者右上圆盘的中心位置。
4.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述的上壳体在丝杠通过处覆有具有柔性材料。
5.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：在中壳体的四个角均设有隔板，隔板与中壳体之间形成一个空间，在该空间内放置有多个滚球，所述的圆盘的底部放置在滚珠上。
6.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述的压电陶瓷与隔板上部对称布置电流收集器相连，并有导线连接电流收集器与上部圆盘的线圈。
7.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：在中部圆盘表面下嵌有一层磁铁；所述的质量小球表面覆有与圆盘表面下同极磁铁。
8.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述上壳体为一个底部敞口的矩形壳体，所述的中壳体为一个上部敞口的矩形壳体。
9.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：在上壳体与中壳体的搭接处填充有粘弹性材料。
10.如权利要求1所述的多维电磁智能减振装置，其特征在于：所述的磁控形状记忆合金杆为一个十字交叉杆。
技术总结