JPH0674290A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 減衰率を任意に調整可能とし、構造物の揺れ
が小さくても機能できるようにする。 【構成】 制振装置本体１に、吊ロッド８を介して錘り
９を揺動自在に吊り下げる。錘り９の揺動運動を減衰さ
せる渦流ブレーキ１６を設ける。錘り９の揺動振幅を検
出する振幅検出器１８を備える。振幅検出器で検出した
値に基づいて渦流ブレーキ１６の励磁電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高層ビルディングやタワ
ー、鉄塔、船舶等の構造物に取り付けてこれら構造物の
揺れを抑えるために用いる制振装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の構造物の制振装置として
は、たとえば、図１０に示す如く、構造物ａの頂部に、
内部を横方向に金網ｂにより多数に仕切ってあるタンク
ｃを設置し、該タンクｃ内に水等の液体ｄを所要量入れ
た構成とし、構造物ａの揺れを、タンクｃ内の液体ｄが
金網ｂを通過しながら左右へ移動することによるスロッ
シング現象によって制振するようにしたもの〔「ビルデ
ィングタワー」（１９８８年１２月発行）や日本建築セ
ンター情報交流会新建築構造技術セミナーにおける「制
振、免震構造建築物の技術開発について」と題するテキ
スト（昭和６３年１０月 財団法人 日本建築センター
発行）〕、あるいは、図１１に示す如く、支持フレーム
ｅの上部から平行な吊ロッドｆを介して錘りｇを載せた
水平板ｈを揺動自在に吊り下げ、且つ上記吊ロッドｆ間
に、固有周期調整用のスプリングｉと、減衰器としての
ダンパーｊを取り付け、構造物ａの揺れエネルギーを、
水平板ｈと共に移動する錘りｇの単弦振動を介してダン
パーｊで減衰させるようにしたものが、提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の場
合、 タンクｃ内にて液体ｄが金網ｂを介して移動する
が、その減衰率を最適に調整することが困難であるこ
と、 応答性が悪いこと、 構造物ａの加速度が小さいときは制振機能が発揮さ
れないこと、 制振用の錘りとして液体ｄを使用しているため、装
置全体が大型化すること、 等の問題がある。一方、後者の場合には、 フレームｅの減衰率が或る任意の最適減衰率となる
ように調整してあるので、錘りｇの加速度が小さいとき
は減衰効果が大きくて作動せず、制振効果が得られない
こと、 ダンパーｊの減衰率を、構造物の揺れに応じて連続
的且つ任意に変化させることができないこと、 スプリングｉの調整が難しく、大振幅がとれないこ
と、 等の問題がある。

【０００４】そこで、本発明は、減衰率を任意に調整で
きるようにして、構造物の揺れが小さくても機能するよ
うにし、しかも装置全体の小型化を図り得るようにしよ
うとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、制振装置本体フレームに、錘りを吊ロッ
ドを介して揺動自在に吊り下げ、且つ該錘りの揺動運動
を減衰させるための渦流ブレーキを備え、更に、上記錘
りの揺動振幅を検出する振幅検出装置と、該振幅検出装
置の検出値を基に上記渦流ブレーキの励磁電流を制御す
るようにした制御装置とを設けた構成とする。

【０００６】

【作用】構造物上に据え付けた状態において、構造物の
揺れが錘りに伝えられて錘りが揺動すると、その揺動振
幅が振幅検出装置にて検出され、その信号に基づいて渦
流ブレーキの励磁電流が制御装置により制御される。こ
の場合、揺れが小さいと、励磁電流を零又は非常に小さ
くすることにより、制振効果が零にならないように制御
される。又、揺れが大きいと、励磁電流が増大させられ
てブレーキ力が大きくされることにより、錘りの揺れが
抑えられるように制御される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００８】図１乃至図５は本発明の一実施例を示すも
ので、パッシブ型制振装置について示す。下部構造材と
してのベース２と、該ベース２上の前後、左右の四隅に
立てた支柱３と、左右の支柱３の上端間を連結する上部
構造材としてのビーム４とから矩形骨組枠構の制振装置
本体フレーム１を構成し、該本体フレーム１を、外力を
受けて振動する構造物５の上に据え付ける。上記本体フ
レーム１には、前後のビーム４の両端部間上に、前後方
向に配した軸６を軸受７により回転自在に支持させ、該
軸６に、所要の長さを有する４本の吊ロッド８の各上端
を上記軸６の回転を介し左右方向（Ｘ方向）へ回動でき
るように取り付け、且つ該各吊ロッド８の下端に、床板
兼用の錘り９を回動自在に吊り下げ支持させて、該錘り
９が各吊ロッド８を介して左右方向へ単弦振動を行う振
り子の如く揺動させられるようにし、更に、上記錘り９
の揺動周期を構造物５の固有周期と対応させるために、
左右方向に対峙するロッド８間に、スプリング（図では
スプリングシリンダ）１０を斜めに配置する。

【０００９】又、上記錘り９の中央部に、リニアガイド
１１によって上下運動がガイドされるようにした鉛直ロ
ッド１２を、下面側より挿入配置すると共に、該鉛直ロ
ッド１２の下端に、下面側に歯を有して左右方向へ延び
るようにしたラックバー１３を一体連結し、且つ該ラッ
クバー１３を、ベース２上に固定したガイド機構３１
に、左右方向へのみ摺動自在に保持させ、ラックバー１
３が鉛直ロッド１２を介し錘り９の揺動と一体に左右方
向へ移動させられるようにし、更に、上記ラックバー１
３にピニオン１４を噛合させ、該ピニオン１４を、ベー
ス２上に設置した減速機１５の入力軸１５ａに連結し、
該減速機１５の出力軸１５ｂを、ベース２上に設置した
減衰機としての渦流ブレーキ１６の軸１６ａに、カップ
リング１７により連結して、錘り９の振幅をラックバー
１３からピニオン１４、減速機１５を経て渦流ブレーキ
１６に伝えられるようにすると共に、振幅検出装置１８
にて検出した錘り９の振幅に１次あるいは２次、ｎ次比
例する減衰力（ブレーキ力）を渦流ブレーキ１６に与え
ることにより、錘り９の振動を制限させられるようにす
る。

【００１０】上記振幅検出装置１８としては、図４の
（イ）に示す如く、減速機１５と渦流ブレーキ１６との
間の軸系の途中（図では渦流ブレーキ１６の軸１６ａ）
に設けた歯車円板１９、該歯車円板１９の回転により発
生したパルス列を検出するセンサー２０からなる方式
や、あるいは、図４の（ロ）に示す如く、上記軸系の途
中（図では軸１６ａ）に取り付けたホイール２１、軸系
の近傍に設けたパルスゼネレータ２２、該パルスゼネレ
ータ２２の軸に取り付けたホイール２３と上記ホイール
２１との間に掛け回したチェーン２４からなる方式を採
用する。なお、いずれの方式も、パルス列は、原点位置
検出機能を有しておりプラスで正転、マイナスで逆転と
することにより弁別できる。

【００１１】更に、図５は上記渦流ブレーキ１６を制御
する制御装置３５のブロックを示すもので、２５はセン
サ２０又はパルスゼネレータ２２から送られてきたパル
スを電圧に変換するＦ−Ｖ変換器（パルス−電圧変換
器）で、パルス数に比例した電圧を発生し、原点から正
転（正のパルス）の場合はプラス符号のパルスを加算
し、逆転（負のパルス）の場合は加算した正パルスから
負パルスを減算し、逆に、原点から逆転の場合はマイナ
ス符号のパルスを加算し、正転の場合は加算したパルス
から正パルスを減算するようにしてあり、これにより、
正パルスのときは正パルスに比例した正電圧の信号が、
又、負パルスのときは同様に負電圧の信号が出力される
ようにしてある。２６は、予めバイアス電圧（たとえば
負電圧）を与える設定器２８から出力された電圧と、絶
対値電圧演算器２７から出力された正電圧とを加算する
加算器で、零電圧以下（０〜マイナス）の任意電圧の場
合は零電圧を出力するようにしてある。なお、設定器２
８は任意のバイアスを設定可能で、零から任意の値の±
のバイアス電圧を与えることができる。２９はドライブ
ユニットで、上記加算器２６から制御電圧が出力される
と、渦流ブレーキ１６を制御する励磁電流がこの制御電
圧に比例して変化する。又、３０はドライブユニット２
９から出力された電流を計測してその電流をドライブユ
ニット２９へフィードバックし、加算器２６からの指令
信号に対応した電流がドライブユニット２９より出力さ
れているかどうかをチェックし、対応した出力となって
いないときに、フィードバック信号で補正するようにし
てある電流検出器である。なお、この演算制御はドライ
ブユニット２９自身の内部演算器で行われる。

【００１２】構造物５に揺れが発生すると、その揺れエ
ネルギーは錘り９に伝達され、錘り９は吊ロッド８を介
して構造物１の揺れに対して約９０度遅れで単弦振動を
開始し、このときの錘り９の変位が鉛直ロッド１２、ラ
ックバー１３からピニオン１４、減速機１５を介して渦
流ブレーキ１６に伝えられるため、渦流ブレーキ１６に
よる減衰力を錘り９に作用させることで、構造物５の揺
れを速かに抑えることができる。

【００１３】上記において、錘り９から渦流ブレーキ１
６に至る力の伝達系が理想状態であれば摩擦は零とな
り、構造物５が揺れることによって錘り９は共振して次
第に揺れが増大し、機械的に動ける範囲まで振れること
になる。実際は力の伝達系に摩擦があるため、構造物５
の小さな揺れでもって錘り９が共振しても機械的な揺動
限界までには達しないが、構造物５の揺れが大きくなる
と機械的揺動限界まで達してしまう。そのため、錘り９
が揺動限界に達すると、慣性力が零となることにより制
振効果も零となってしまう。

【００１４】しかし、本発明では、振幅検出装置１８に
よって検出した振動（ストローク）に基づいて渦流ブレ
ーキ１６の励磁電流を変えることができるようにしてあ
るので、錘り９の揺動が機械的揺動限界に達しそうな大
ストロークとなると、振幅検出装置１８による検出値に
比例した減衰力（図６の（イ）や（ロ）に示す）、ある
いは、２次曲線的な減衰力（図６の（ハ）や（ニ）に示
す）等を渦流ブレーキ１６に与えることができ、これに
より、錘り９を、構造物５に入ってくる外力と反対方向
の力を与える制振質量として効果的に作用させることが
できる。一方、構造物５に揺れが小さいときには、渦流
ブレーキ１６の励磁電流を零あるいは非常に小さい値と
することができるので、制振効果が零にならないように
することができる。この場合、励磁電流を零にすると、
力の伝達系の摩擦力だけしか錘り９の揺動抵抗として作
用しないので、構造物５が数ｇａｌの加速度でも応答す
ることになり、高い制振効果が得られる。すなわち、構
造物５の揺れが小さい場合は渦流ブレーキ１６の励磁電
流を小さく又は零とすることにより、錘り９を構造物５
に共振させて構造物５の揺れに対して大きく振らすこと
ができるので、応答倍率を上げることができる。

【００１５】次に、図７乃至図９は本発明の他の実施例
を示すもので、構造物５の左右方向（Ｘ方向）の揺れの
みならず、前後方向（Ｙ方向）の揺れにも対処できるよ
うにしたもので、基本的には、図１乃至図５に示した上
記実施例における本体フレーム１内の機構を前後、左右
方向に組み合わせたものであるため、前後、左右方向で
共通の部材は上記実施例と同一符号を付すことでその説
明は省略し、左右方向の部材には符号に「ｘ」を添え、
前後方向の部材には符号に「ｙ」を添えて示す。

【００１６】すなわち、錘り９を吊る吊ロッド８の上端
部を、クロスヒンジ３２により本体フレーム１の上部側
に支持させて、錘り９が前後、左右方向へ自在に揺動で
きるようにし、且つ錘り９の中央部に上下運動自在に設
けた鉛直ロッド１２の下端部に、水平に配したテーブル
フレーム３３を固設し、該テーブルフレーム３３とベー
ス２との間の所要位置に、左右方向ガイド機構３１ｘと
前後方向ガイド機構３１ｙとによって前後、左右方向へ
移動できるようにした可動フレーム３４ｘと３４ｙをそ
れぞれ介在配置し、該可動フレーム３４ｘ，３４ｙにラ
ックバー１３ｘ，１３ｙを保持させ、ラックバー１３
ｘ，１３ｙを噛合させたピニオン１４ｘ，１４ｙの回転
力を、減速機１５ｘ，１５ｙを介して渦流ブレーキ１６
ｘ，１６ｙに伝えられるようにしてある。

【００１７】図７乃至図９の実施例の場合には、錘り９
が左右方向のみならず前後方向へも揺動することができ
るので、一台の装置にて構造物５の水平方向のいかなる
方向の揺れをも抑えることができる。

【００１８】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、図４の（ロ）に示すパルスゼネレータ
２３に代えてポテンショメータを用いたり、あるいは、
錘り９のストロークを直接計測するリニアスケールを用
いることによって振幅検出装置１８を構成するようにし
てもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の制振装置によ
れば、制振体としての錘りの揺動運動を減衰させる渦流
ブレーキの励磁電流を可変制御できるようにしたので、
構造物の揺れが小さいときには励磁電流を零又はそれに
近付けることにより、応答倍率を上げることができて制
振効果を発揮することができ、又、構造物の揺れが大き
いときには励磁電流を増大させることにより、応答倍率
を下げることができて錘りの機械的揺動範囲内で構造物
の揺れを速かに抑えることができ、更に、応答倍率を広
くとれることから、装置のマス重量を低減することがで
き、小型化、低コスト化を図ることができ、簡単に減衰
率を変更できることから、あらゆる構造物や装置、設備
類に採用することができる、等の優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制振装置の一実施例を示す正面図であ
る。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の右側面図である。

【図４】振幅検出装置の例を示すもので、（イ）はセン
サー方式の概略図、（ロ）はパルスゼネレータ方式の概
略図である。

【図５】渦流ブレーキの制御装置を示すブロック図であ
る。

【図６】渦流ブレーキのブレーキ力を制御するためのバ
イアスを示すもので、（イ）（ロ）は１次的な場合の例
を、（ハ）（ニ）は２次的な場合の例を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す正面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ矢視図である。

【図９】図８のＢ−Ｂ矢視図である。

【図１０】従来の制振装置の一例を示す概略図である。

【図１１】従来の制振装置の他の例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 制振装置本体フレーム ８ 吊ロッド ９ 錘り １６ 渦流ブレーキ １８ 振幅検出装置 ３５ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制振装置本体フレームに、錘りを吊ロッ
   ドを介して揺動自在に吊り下げ、且つ該錘りの揺動運動
   を減衰させるための渦流ブレーキを備え、更に、上記錘
   りの揺動振幅を検出する振幅検出装置と、該振幅検出装
   置の検出値を基に上記渦流ブレーキの励磁電流を制御す
   るようにした制御装置とを設けた構成を有することを特
   徴とする制振装置。