JPH01207575A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えはビル、アンテナ、原子力の制御盤な
どに代表される構造物の振動を低減する制振装置にｒｘ
１シ、特に油圧、空気圧、あるいは電磁制御による外部
エネルギーを利用したサーボ減衰器に関するものである
。

［従来の技術］ 第５図は、例えは特開昭６０−１２３６７５号公報に開
示された従来の構造物の制振装置を示す一部断面構成図
である。図において、１は地震などの外力を受けて振動
を生ずる構造物で、例えはビル、アンテナ、原子力の制
御盤などである。２は構造物ｌが設置される地盤、３は
構造物１の水平方向の振動を検出する第１の振動検出器
で、この例では加速度計である。１１は付加重錘８の水
平方向の振動を検出する第２の振動検出器で、この例で
は加速度計である。４はこれら第１．第２の振動検出器
３．１１からの検出信号を基にアクチュエータ６を制御
し、このアクチュエータ６の駆動部７に結合された付加
重錘８を駆動する制御回路である。９はアクチュエータ
６の静止部を構造物ｌに固定する取付は台、１０は付加
重錘８と構造物１間に押入されるばねである。

第６図は第５図の構造物の制振装置の制御システムを示
すブロック図である。図において、３は第１の振動検出
器、１１は第２の撮動検出器、６はアクチュエータ、４
は制御回路で、この制御回路４内の４ａ、４ｂ、４ｃは
積分回路、４ｅは演算回路である。

第７図は第５図の構造物の制振装置におけるアクチュエ
ータの一例を示す拡大断面図である。図において、６は
アクチュエータ、６ａは円筒状の永久磁石、６ｂは円柱
状のセンタボール、６Ｃは励磁ヨーク、６ｄは駆動コイ
ル、６ｅは駆動コイル６ｄを支承するサポートであり、
サポート６ｅの他端には付加重錘８を固着し、直進往復
駆動自在とする。アクチュエータ６の静止部は取付は台
９を介して構造物ｌに固定されている。その他、７はア
クチュエータ６の駆動部、１０はばねである。

次に、上記従来の構造物の制振装置の動作について、第
５図〜第７図を参照して説明する。構造物ｌが地震など
の外力による地盤振動を受けて水平方向に振動すると、
この構造物ｌの振動加速度は第１の振動検出器３により
、また付加重錘８の振動加速度は第２の振動検出器１１
によりそれぞれ電気信号として検出される。この電気信
号は制御回路４へ伝送され、積分回路４ａ、４ｂで１目
積分され振動速度信号となり、積分回路４ａを経て伝送
された構造物ｌの振動速度信号が積分回路４ｃで１目積
分され撮動変位信号となる。各積分回路４ａ〜４Ｃから
の信号は各々の信号の位相。

ゲインを調節し所要の出力を得るよう演算回路４ｅで加
減算を行い、この演算回路４ｅの出力信号を基に電力増
幅してアクチュエータ６の駆動を制御し、付加重錘８を
駆動させる。このように、構造物１の振動を検出する第
１の振動検出器３及び付加重錘８の撮動を検出する第２
の振動検出器１１からの検出信号に応じてアクチュエー
タ６を駆動させるフィールドバックサーボ機構を構成す
る。

また、制御回路４からの制御信号、すなわち駆動電流は
アクチュエータ６の駆動コイル６ｄに供給され、その結
果、電磁効果により駆動コイル６ｄには電磁力が発生し
、駆動コイル６ｄを支承するサボー）　６　ｅ、　　駆
動部７を介して付加重錘８を水平駆動させる。

この時、制御回路４内の積分回路４ａ〜４ｃ及び演算回
路４ｅの機能は次のようになる。まず、第１の振動検出
器３から積分回路４ａを経てアクチュエータ６に至る制
御系は、構造物１の振動速度に応じた駆動力であるダン
ピング力を構造物ｌへ付与する機能を有し、構造物１の
減衰特性、すなわち動的剛性の改善を行う。積分回路４
ｃからアクチュエータ６に至る制御系は、構造物ｌの振
動変位に応じた駆動力を構造物ｌへ付与する機能を有し
、構造物ｌのばね特性、すなわち静的特性の改善を行う
。付加重錘８に装着する第２の振動検出器１１から積分
回路４ｂを経てアクチュエータ６に至る制御系は、付加
重錘８の振動速度に応じた駆動力を発生するもので、こ
れは付加重錘８にダンピング力を与え、付加重錘８の発
振を抑制して安定化を図るものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来の構造物の制振装置は以上のように構成さ
れているので、構造物ｌの減衰特性の改善には有効であ
るが、地震などの大きな加速度が構造物ｌに作用した場
合にも効果的に振動低減を行うためには、付加重錘８を
非常に重くするか、あるいはアクチュエータ６を駆動す
るために非常に大きな電力を要するので、構造物ｌに搭
載する装置が大型化するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、付加重錘を小さく軽くできると共に、アクチ
ュエータの駆動に要する電力を減少でき、構造物に搭載
する部分が小型で高性能な構造物の制振装置を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る構造物の制振装置は、地震などの外力に
よる振動人力が第２の基盤に作用した時。

第１の基盤上に設置された構造物に作用する加速度を低
減するため、水平方向に揺動自在な支持体と水平方向に
伸縮する流体ダンパをイーえ、さらに構造物に装着され
たアクチュエータと、このアクチュエータにより駆動さ
れる付加重錘と、構造物の振動を検出する第１の振動検
出器と、付加重錘の振動を検出する第２の振動検出器と
、第１の基盤の振動を検出する第３の振動検出器と、第
１の振動検出器、第２の振動検出器及び第３の振動検出
器からの各検出信号に基いてアクチュエータを制御し、
付加重錘を駆動させる制御回路とを備えることにより、
構造物に振動減衰力を発生させるようにしたものである
。

［作用コ この発明の構造物の制振装置においては、地震なとの外
力による振動人力が第２の基盤に作用した時、水平方向
に揺動自在な支持体と水平方向に伸縮する流体ダンパに
より第１の基盤に発生する加速度が低減されるため、構
造物に作用する加速度が低減され、さらに外部の振動人
力によって発生する構造物の振動を、この構造物が弾性
的な変形をすることなしに剛体的に振動する剛体モード
と、構造物が弾性的な変形をする弾性モードに分けた場
合に、この弾性モードを対象として制御力を発生させる
ため、構造物上に装着されたアクチュエータと付加重錘
によって構造物に作用させる制御力が小さくて済むこと
になるので、付加重錘を小さく軽くでき、またアクチュ
エータの駆動に要する電力を減少てき、これにより、構
造物に搭載する部分が小型で高性能な構造物の制振装置
が得られる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置を
示す一部断面構成図、第２図は第１図の構造物の制振装
置における支持体を示す斜視図である。第１図において
、１３は第１の基盤１２と第２０基盛２（第５図に示す
地盤に相当する）の間に挿入された支持体である。第２
図に支持体１３の構造が示されており、この例では金属
板１３ａとゴム板１３ｂを交互にそれぞれ２０〜３０枚
積層した構造を有する。また、支持体１３の上下面の金
属板１３ａはそれぞれ溶接などにより第１の基盤１２及
び第２の基盤２に固定され、第１の基盤１２の鉛直方向
に荷重に対しては十分に剛であり、第１の基盤１２の水
平方向に対しては軟らかいはね特性が実現できる。１４
は第１の基盤１２と第２の基盤２の間に挿入された流体
ダンパで、この例では油圧ダンパてあり、水平方向に伸
縮することができる。その他第１図において、３は構造
物１の水平方向の振動を検出する第１の振動検出器で、
この例では加速度計である。１１は付加重錘８の水平方
向の振動を検出する第２の振動検出器で、この例では加
速度計である。１５は第１の基盤１２の水平方向の振動
を検出する第３の振動検出器で、この例では加速度計で
ある。４は制御回路で、この制御回路４はこれら第１．
第２゜第３の振動検出器３，１１，１５からの検出信号
を基にアクチュエータ６を制御し、このアクチュエータ
６の駆動部７に結合された付加重錘８を駆動させるもの
である。９はアクチュエータ６の静止部を構造物ｌに固
定する取付は台、ｌＯは付加重錘８と構造物１間に挿入
されるはねである。

さてここで、この発明による構造物の制振装置の振動低
減原理は、第２の基盤２に地震などの外力が作用し、構
造物ｌに制御力が作用した時に成立する次の方程式を前
提とする。

ただし、ｍｌ：支持体１３の質量 ＣＩ＝支持体１３の減衰 ｌ（１：支持体１３の剛性 ｘＩ＝支持体１３の変位 Ｍｓ：構造物ｌの質量 Ｋｓ：構造物１の剛性 Ｘ・：構造物１の変位　　　　　　　　　　　１ｍｄ：
付加重錘８の質量 ｋｄ：付加重錘８の剛性 ｘｄ：付加重錘８の変位 ＺＨ：地震人力加速度 Ｕ　：制御力 ここで、制御力Ｕを次のように構成する。

（Ｊ＝Ｃｑ　（ｘｓ−ｘ＋）−ｃｄｘｄ＝（２）　　　
’ただし、ｃ５：構造物速度フィードバックゲイン（弾
性モードを対象とした動剛性の改善）ｃｄ：付加重錘速
度フィードバックゲイン（安定化） 上記（１）式に上記（２）式を代入すると、ｍ＋　　ｘ
　＋＋　　ｃ　　＋ｉ＋＋　　ｋ＋ｘ＋となり、上記（
３）式から分かるように支持体１３の閉動特性に影響を
与えることなく、それぞれのフィードバックゲインＣｇ
、Ｃｄによって構造物１の各特性を改善することができ
る。

第３図は第１図の構造物の制振装置の制御システムを示
すブロック図である。図において、４は制御回路であり
、この制御回路４内の４ａ、４ｂ。

４ｃは積分回路、４ｄは相対速度検出器、４ｅは演算回
路である。積分回路４ａは第１の振動検出器３より検出
された構造物ｌの振動加速度信号を振動速度信号に変換
し、積分回路４ｃは第３の振動検出器１５より検出され
た第１の基盤１２の振動加速度信号を振動速度信号に変
換し、積分回路４ｂは第２の振動検出器１１より検出さ
れた付加重錘８の振動加速度信号を振動速度信号に変換
する。相対速度検出器４ｄは積分回路４ａの出力である
構造物１の振動速度信号と、積分回路４ｃの出力である
第１の基盤１２の振動速度信号から両者の相対速度信号
を検出する。また、演算回路４ｅは相対速度検出器４ｄ
及び積分回路４ｄからの信号を受けて所要の出力を得る
ように、上記（３）式によって各々の信号の位相、ゲイ
ンを調整し加減算を行う。演算回路４ｅの出力を基に電
力増幅してアクチュエータ６の駆動を制御し、付加重錘
８を駆動させる。このように、構造物１の振動を検出す
る第１の振動検出器３、付加重錘８の振動を検出する第
２の振動検出器１１及び第１の基盤１２の振動を検出す
る第３の振動検出器１５からの検出信号に応じて、アク
チュエータ６を駆動させるフィードバックサーボ機構を
構成する。

次に、上記この発明の一実施例である構造物の制振装置
の動作について、第１図及び第３図を参照して説明する
。地震などの外力による地盤振動により第２の基盤２が
水平方向に振動した場合、支持体１３が剪断変形してこ
の振動を吸収し、第１の基盤１２には人力の１／３〜１
１５　の振動しか生じない。これによって、いわゆる免
震効果を得ることができる。また、第１の基盤１２に生
じた振動は流体ダンパ１４によって振動エネルギーが消
散され、その振動は速やかに減衰する。またこの流体ダ
ンパ１４を調整することによって、第１の基盤１２と第
２の基盤２の間に生じる相対変位を所定の範囲に制限す
ることができる。

しかして、第２の基盤２の水平方向に地震による振動人
力が作用すると構造物ｌは振動するが、その際の振動モ
ードは、構造物ｌが剛体的に振動する剛体モードと、構
造物ｌが弾性的に振動する弾性モードの重ね合わせによ
って表現することができる。上記（３）式において、構
造物速度フィードバックゲインＣｓは構造物ｌと第１の
基盤１２の相対速度（ΩｓＪ（＋）に比例するため弾性
モードのみに対して有効に作用し、剛性モードに対して
は無効となる。剛性モードを制振しようとする場合、上
記（３）式の第２番目の式の右辺−Ｍ　−Ｚ　Ｈを減少
させる力を付加重錘８によって発生する必要があるため
、付加重錘８として非常に大きな質量を要し装置の大型
化の原因となる。この発明による構造物の制振装置にお
いては、剛性モードによって発生する加速度に対しては
上述した免震作用によって低減し、弾性モードによって
発生する加速度に対してはこの発明の制振装置における
構造物１の上部に搭載する部分によって低減できる。

また、制御回路４内の各積分回路４ａ、４ｂ。

４ｃ、相対速度検出器４ｄ及び演算回路４ｅのそれぞれ
の機能は次のようになる。

まず、積分回路４ａと積分回路４Ｃ及び相対速度検出器
４ｄを経てアクチュエータ６に至る制御系は、構造物ｌ
の弾性モートによる振動速度に応じた駆動力であるダン
ピング力を構造物ｌへ付与する機能を有し、構造物ｌの
減衰特性、すなわち動的剛性の改善を行う。また、積分
回路４ｂを経てアクチュエータ６に至る制御系は、付加
重錘８の振動速度に応じた駆動力を発生するもので、こ
れは付加重錘８にダンピング力を与え、付加重錘８の発
振を抑制して安定化を図るものである。

第４図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置と
従来例の構造物の制振装置において、地盤振動人力が作
用した時に、構造物に発生する振動加速度の大きさ及び
アクチュエータの駆動に要する電力の大きさとけ加重錘
の質量の関係を比較して示す特性図である。第４図中で
、実線はこの発明の一実施例である構造物の制振装置に
よる場合を、点線は従来例の構造物の制振装置による場
合をそれぞれ示し、ム印は構造物１に発生する振動加速
度の大きさを、・印はアクチュエータ６の駆動に要する
電力の大きさをそれぞれ示している。

第４図に示す特性図から明らかなように、インパルス的
な９８０ｇａ　１の地盤振動人力が作用した時に、この
発明の一実施例と従来例とを比べて、付加重錘８の構造
物ｌに対する質量比（ｍ　ｄ／　Ｍ　−）が０．Ｏｌと
小さい場合でも、構造物ｌに発生する振動加速度が約５
５％に、アクチュエータ６の駆動に要する電力が約２４
％に減少し、付加重錘８が小さい場合にも十分な制振効
果が得られるものである。

なお、上記実施例において、流体ダンパ１４は油圧ダン
パに限らず、例えはエアーダンパなどであっても良い。

また、上記実施例では、制振装置における構造物１に搭
載する部分を構造物ｌの最上階に設置した場合について
示したが、何れの階層に設置しても良く、上記実施例と
同様の効果を奏することは云うまでもない。

また、上記実施例では、第１．第２．第３の振動検出器
３，１１．１５として加速度計を用いた場合について説
明したが、速度計であ・フても良い。

この場合には、第３図に示す積分回路４ａ、４ｂ。

４ｃは不要となる。

また、上記実施例において、アクチュエータ６としては
、電磁アクチュエータの他に、空気圧及び油圧アクチュ
エータの何れを用いても良い。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、構造物の制振装置にお
いて、地震などの外力による振動人力が第２の基盤に作
用した時、第１の基盤上に設置された構造物に作用する
加速度を低減するため、水平方向に揺動自在な支持体と
水平方向に伸縮する流体ダンパを備え、さらに構造物に
装着されたアクチュエータと、このアクチュエータによ
り駆動される付加重錘と、構造物の振動を検出する第１
の振動検出器と、付加重錘の振動を検出する第２の振動
検出器と、第１の基盤の振動を検出する第３の振動検出
器と、第１の振動検出器、第２の振動検出器及び第３の
振動検出器からの各検出信号に基いてアクチュエータを
制御し、付加重錘を駆動させる制御回路とを備える構成
としたので、構造物の減衰特性を改善するために用いる
付加重錘を小さく軽くできると共に、アクチュエータの
駆動に要する電力を減少でき、構造物に搭載する部分が
小型で高性能な構造物の制振装置が得られるという優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置を
示す一部断面構成図、第２図は第１図の構造物のｉ’ｌ
振装置における支持体を示す斜視図、第３図は第１図の
構造物の制振装置の制御システムを示すブロック図、第
４図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置と従
来例の構造物の制振装置において、地盤振動人力が作用
した時に、構造物に発生する振動加速度の大きさ及びア
クチュエータの駆動に要する電力の大きさと付加重錘の
質量の関係を比較して示す特性図、第５図は従来の構造
物の制振装置を示す一部断面構成図、第６図は第５図の
構造物の制振装置の制御システムを示すブロック図、第
７図は第５図の構造物の制振装置におけるアクチュエー
タの一例を示す拡大断面図である。 図において、ｌ・・・構造物、２・・・第２の基盤（地
盤）、３・・・第１の振動検出器、４・・・制御回路、
４ａ、４ｂ、４ｃ・・・積分回路、４ｄ・・・相対速度
検出器、４ｅ・・・演算回路、６・・・アクチュエータ
、６ａ・・・円筒状の永久磁石、６ｂ・・・円柱状のセ
ンタボール、６ｃ・・・励磁ヨーク、６ｄ・・・駆動コ
イル、６ｅ・・・サポート、７・・・駆動部、８・・・
付加重錘、９・・・取付は台、ｌＯ・・・はね、１１・
・・第２の振動検出器、１２・・・第１の基盤、１３・
・・支持体、１３ａ・・・金属板、１３ｂ・・・ゴム板
、１４・・・流体ダンパ、１５・・・第３の振動検出器
　である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第　１　図 １４：　シた体ダンノ＼。 １５：　第３／）扱暫し剣出呑 第２図 １３：　えｊ？ｔイ≧トミ １３ｏ：　＃悉扱 １３ｂ：　ゴム板 第　３　図 互 Ｌ−ｍ−〜−−−−−−−−−−−Ｊ ３：　第１／）復動梗出券 ４：　　Ｐｉづ町７回ンデト ４ａ、４ｂ、４ｃ：積分回路 旬；　相灯達７を猾島蓼 ４ｅ：　演箪回躇 ６：アク＋工二一タ １１：　　第２０裁ｔ１１績士券 １５：　　第３／）砒動硬出券 ！ｓ　４　図 ／１寸叩垂神８／１１溝セ１１：打する頁量毘（ｍｄ　
）＠　５　閃 １：　構造５　　　　　　　　　　　　　　　　　７：
、馬１：：′動部２：　　Ｍ２の、！暑（ｔｇｌＬ）　
　　　　　　８：　、ｔ＋：ｒＭＪ隻傅３：　早１の１
ｕ馳牙剣出券　　　　　　　　９．耳８町（１合４−　
副匍回斤　　　　　　　　　　１０冒、ｒね６：ア７＋
エエータ　　　　　　１１：　早２の１癲梗巳谷］］］ 一］ ■ ■ ■ ■ ■ ｎぐ０響ψ− ％Ｓ％Ｓ− ジ ぐ ■　　０ Δ −−一（）　　（）　　（） 手続補正書（自発） １、事件の表示　　　特願昭　６３−３２３１１　　号
２、発明の名称 横遺物の制振装置 ３、補正をする者 代表者志岐守哉 ４、代理人 ５、補正の対象　　明細書の「発明の詳細な説明Ｊの欄 ９補正の内容 （１）明細書第５頁第２０行の「静的特性」を「静的剛
性」と補正する。 （２１回回書９頁第７行の「鉛直方向に」を「鉛直方向
の」と補正する。 （３）同書第１０頁第１９行の「支持体１３」を′第１
の基盤１２」と補正する。 Ａ）同書第１４頁第１２行、第１３行、第１８行の「剛
性モード」を「剛体モード」と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　外力を受けて振動する第２の基盤に対して構造物の下
   部に設置された第１の基盤を水平方向に揺動自在に支持
   する支持体と水平方向に伸縮する流体ダンパを、上記第
   １の基盤と上記第２の基盤の間に備え、さらに上記構造
   物に設置されたアクチュエータと、このアクチュエータ
   により駆動される付加重錘と、上記構造物の振動を検出
   する第１の振動検出器と、上記付加重錘の振動を検出す
   る第２の振動検出器と、上記第１の基盤の振動を検出す
   る第３の振動検出器と、上記第１の振動検出器の検出信
   号から得た上記構造物の振動速度信号、及び上記第３の
   振動検出器の検出信号から得た上記第１の基盤の振動速
   度信号の両者から上記構造物と上記第１の基盤の間の相
   対速度信号を得、この相対速度信号、及び上記第２の振
   動検出器の検出信号から得た上記付加重錘の振動速度信
   号の両者に基いて上記アクチュエータを制御し、上記付
   加重錘を駆動させる制御回路とを備えたことを特徴とす
   る構造物の制振装置。