JPH07217700A - 振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の省スペース化を図り、かつ可動質量体
のオーバロードによる機器への損傷を防止できる振動制
御装置を得る。 【構成】 制御器１８からの出力信号を受けて振動速度
に対応したトルクＴを発生し、回転する駆動モータ８
と、軸部が上記駆動モータの出力軸１０に結合され、上
記軸部の回転運動に伴い軸方向に直進可動するナット部
１３が可動質量体３に結合されたボールネジ１１とによ
りアクチュエータを構成し、さらに上記振動速度の大き
さが設定値を越えたとき上記制御器１８から出力される
上記駆動モータ８への制御電流を遮断するリミットスイ
ッチ１６と突起２０とを有する遮断手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、可動質量体を可動さ
せて振動体の振動を制御する振動制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビル等の建築構造物はその規模な
どにおいてますます高層化、大規模化しているが、設計
手法等の洗練により、柔軟化、軽量化の傾向にある。し
たがって強い風や地震等の外乱により、図２の点線で示
すような振動を生じており、このような振動はビルの居
住者に不快感を与え、特に地震の際には非常に大きな振
動を引き起こす可能性がある。このような問題を解決す
るために、従来から用いられていたものに、図３に示す
振動制御装置１がある。この振動制御装置１は図２に示
した高層ビル２の屋上に近い階に設置されていて、往復
動可能な可動質量体３と、この可動質量体３を可動させ
る油圧アクチュエータ４と、このアクチュエータ４を作
動させる油圧サーボ５と、高層ビル２の振動を検出する
振動センサ６と、上記可動質量体３と高層ビル２との間
に介在するバネ７とから構成されていた。このような構
成からなる従来の振動制御装置１は、振動物体である高
層ビル２が図で示す振動方向に振動しようとすると、振
動センサ６によって振動が検知される。この検知信号に
よって油圧サーボ５は油圧アクチュエータ４に振動速度
に比例した制御力を作動せしめるため、これに連動した
可動質量体３は、振動方向とは反対の方向に可動し、そ
の慣性力によって振動が制御された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の振動
制御装置は、油圧アクチュエータを使用しているため、
装置自身が大掛りとなり、設置する場合、かなりのスペ
ースを必要とした。またメンテナンスもかなりの頻度で
必要であり、騒音も大きいなどの問題点を有していた。

【０００４】一方、従来の振動制御装置は、制御範囲を
越える外力が作用した場合、可動質量体がオーバロード
し、それによりアクチュエータ、バネなどの機器への損
傷やビルの構造体などへの衝突による危険を防止するこ
とができない。

【０００５】この発明はこのような従来の問題点を解決
されたものであり、構造が簡単で、メンテナンスが容易
で、しかも制御範囲を越える外力が作用した場合でも可
動質量体のオーバロードによる機器への損傷やビルの構
造体などへの衝突による危険を回避できる振動制御装置
を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る振動制御
装置は、制御器からの出力信号を受けて振動速度に対応
したトルクＴを発生し、回転する駆動モータと、軸部が
上記駆動モータの出力軸に結合され、上記軸部の回転運
動に伴い軸方向に直進可動するナット部が可動質量体に
結合されたボールネジとによりアクチュエータを構成
し、さらに上記振動速度の大きさが設定値を越えたとき
上記制御器から出力される上記駆動モータへの信号を遮
断する遮断手段とを設けたものである。

【０００７】また、この発明は、ボールネジとして駆動
モータの出力トルクに対し２πＴ／Ｌ（Ｌはボールネジ
のリード長）の力を可動質量体に作用させるボールネジ
を用いる。

【０００８】この発明は、上記可動質量体の往復移動路
と上記可動質量体との相対部の所定位置に、上記駆動モ
ータと上記制御器との間に接続されたリミットスイッチ
と、このリミットスイッチを、上記可動質量体の移動に
伴うリミットスイッチとの機械的接触によりオン、オフ
させる突起部とを設けて遮断手段を構成したものであ
る。

【０００９】また、この発明は、駆動モータの軸方向と
可動質量体の可動方向と振動センサの検知方向とを同一
にしたものである。

【００１０】この発明は、上記振動センサ、可動質量
体、制御器、ボールネジおよび遮断手段を同一ベース上
に配置したものである。

【００１１】

【作用】この発明において、駆動モータは制御器の制御
電流を受けて振動速度に対応したトルクＴを発生し回転
する。ボールネジはナット部が上記駆動モータの回転に
伴い軸方向に直進可動して可動質量体を往復動させる。
遮断手段は、振動速度の大きさが設定値を越えたとき駆
動モータへの制御電流を遮断する。

【００１２】また、この発明のボールネジは、駆動モー
タの出力トルクに対し２πＴ／Ｌの力を可動質量体に作
用させる。

【００１３】この発明のリミットスイッチと突起部は可
動質量体の制御範囲を越えた移動に伴い、機械的に接触
することによりリミットスイッチをＯＦＦし、制御電流
を遮断する。

【００１４】また、この発明は、駆動モータの軸方向と
可動質量体の可動方向と振動センサの検知方向とが同一
であるため配置が単純となり、全体としてコンパクトと
なる。

【００１５】この発明は、振動センサと可動質量体とが
同一位置にあり、かつ振動センサの検知方向と可動質量
体の可動方向とが同一方向とすることにより複数の振動
モードに対して安定的に制御を行うことができる。

【００１６】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の実施例１を示す振動制御
装置の構成図であり、図において、８は駆動モータで、
この駆動モータ８はマウント９に固定されていて、その
出力軸１０にボールネジ１１の軸端が固嵌している。こ
のボールネジ１１は駆動モータ８と固嵌している側の端
部近くを、前記マウント９に固着されたベアリング１２
に回転自在に保持されていて、他端側のネジ部にはナッ
ト１３が螺着している。このナット１３は可動質量体３
と固着されていて、ボールネジ１１の軸の回転により、
レール１４に滑嵌したリニアベアリング１５を下端に設
けた可動質量体３を前後に往復動させている。１６は可
動質量体３の動きを電気的に規制するリミットスイッ
チ、１７は機械的に規制するストッパー、１８は制御器
である。１９は部品を保持しているベース、２１は全体
を覆うカバーで、振動センサ６から可動質量体３までの
全部品が一体化して納められている。なお、上記リミッ
トスイッチ１６は、可動質量体３の往復移動路の所定位
置、具体的には、可動質量体３が通常の可動範囲を越え
る位置（振動速度の大きさが設定値を越える値に対応し
た位置）に取付けられ、可動質量体３の可動範囲を越え
た可動に伴って可動質量体３に設けた突起２０と機械的
に接触し、それにより駆動モータ８への制御器１８の制
御電流を遮断するようになっている。

【００１７】次にこの発明による振動制御装置の動作に
ついて説明すると、高層ビル２が図１の振動方向に振動
しようとすると、振動センサ６はその信号を検知し、制
御器１８に振動加速度信号を送る。制御器１８はこの信
号を受け、積分し速度信号に変換した後、速度信号に対
応した電流を駆動モータ８に送るため、駆動モータ８は
振動速度に対応したトルクＴを発生し回転する。これに
よって、駆動モータ８に固嵌しているボールネジ１１に
螺着したナット１３は摩擦を無視すれば振動方向とは反
対方向に Ｕ＝２πＴ／Ｌ Ｌ：ボールネジのリード長 の制御力を受け、可動質量体３と共に運動するため、高
層ビル２の振動は減衰する。このときの運動方程式は次
の式で表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】なお、振動速度の大きさが設定値を越えた
場合には可動質量体３の運動量は大きくなりこれに取付
けられた突起２０がリミットスイッチ１６を押し下げ開
路させるため、これと直列に接続された駆動モータ８へ
の電流は遮断される。したがって可動質量体３はこれと
ベース１９との間に構成されたバネ（図示せず）により
中立点に押し戻されるためオーバロードによるストッパ
への衝突は避けられる。

【００２０】上記の如く、駆動モータ８の軸と、ボール
ネジ１１とを係合し、このボールネジ１１のナット１３
に可動質量体３を固定した構造であるため、駆動モータ
８の出す出力トルクＴに対し Ｕ＝２πＴ／Ｌ の推進力が可動質量体３に作用する。すなわち、今可動
質量体３を可動させる制御力として５０Ｋｇの力が必要
とすれば、モータの必要トルクは、リード長を１ｃｍと
すると８Ｋｇ−ｃｍでよいことになり、かなり小さなモ
ータで済むことになる。また振動センサ６、可動質量体
３、ボールネジ１１、駆動モータ８、制御器１８等が同
一のベース１９上に配置されているため組立が比較的容
易であり、特に駆動モータ８の軸方向とボールネジ１１
の軸方向と、可動質量体３の可動方向と、振動センサ６
の検知方向とが同一方向であるため、配置が単純とな
り、全体としてコンパクトにまとめることができ、しか
も可動の芯出し調整が容易である。

【００２１】さらに振動センサ６の位置と制御する可動
質量体３の位置とが同一個所にあるため、いかなる振動
モードに対しても、それぞれの位置におけるモードの大
きさ、方向は常に一致しており、したがって全ての振動
モードに対して安定的に制御が行われる。

【００２２】実施例２．なお、以上の説明では高層ビル
にこの発明の振動制御装置を適用した例について説明し
たが、他の振動物体、例えば一般家屋、塔、橋梁等にも
適用できることは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、アクチ
ュエータとして駆動モータとボールネジとを備えたアク
チュエータを用いることにより装置の小型化が可能とな
り、装置の省スペース化が図れる。さらに振動速度の大
きさが設定値を越えたとき制御器から出力される駆動モ
ータへの制御信号を遮断する遮断手段を設けてあるので
可動質量体のオーバロードによる機器への損傷や振動体
などへの衝突による危険を防止することができる。

【００２４】また、ボールネジとして駆動モータの出力
トルクに対し２πＴ／Ｌの力を可動質量体に作用させる
ボールネジを用いることにより、小さなトルクで大きな
制御力を得ることができるので、駆動モータ自体が小さ
くて済み装置の小型化が可能となり装置の省スペース化
が図れる。

【００２５】この発明は、可動質量体の往復移動路と可
動質量体との相対部の所定位置にリミットスイッチと突
起部とを設けることにより、遮断手段を実現でき、可動
質量体のオーバロードによる機器への損傷や振動体など
への衝突による危険を防止することができる。

【００２６】また、この発明は、駆動モータの軸方向と
可動質量体の可動方向と振動センサの検知方向とが同一
であるため配置が単純となり、全体としてコンパクトと
なる。

【００２７】この発明は、振動センサと可動質量体とが
同一位置にあり、かつ振動センサの検知方向と可動質量
体の可動方向とが同一方向とすることにより複数の振動
モードに対して安定的に制御を行うことができる。さら
に、振動センサ、可動質量体、制御器、駆動モータ、遮
断手段およびボールネジを同一ベース上に配置し、さら
に駆動モータの軸方向、ボールネジの軸方向および可動
質量体の可動方向を同一方向になるようにすれば配置が
簡単となり、全体としてコンパクトとなるため従来設置
が困難であった振動物体にも容易に取付けることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による振動制御装置の構成図であ
る。

【図２】 高層ビルの斜視図である。

【図３】 従来の振動制御装置の構成図である。

【符号の説明】

３ 可動質量体、６ 振動センサ、８ 駆動モータ、１
０ 駆動モータの出力軸、１１ ボールネジ、１３ ナ
ット、１４ レール、１５ リニアベアリング、１６
リミットスイッチ、１７ ストッパー、１８ 制御器、
１９ ベース、２０ 突起、２１ カバー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体の振動を検知する振動センサと、
   上記振動体上を往復動する可動質量体と、上記可動質量
   体を可動させるアクチュエータと、上記振動センサの検
   知信号を受け、上記振動体の振動速度に対応した制御力
   を上記アクチュエータに発生し得る制御器とを備えた振
   動制御装置において、上記制御器からの出力信号を受け
   て振動速度に対応したトルクＴを発生し、回転する駆動
   モータと、軸部が上記駆動モータの出力軸に結合され、
   上記軸部の回転運動に伴い軸方向に直進可動するナット
   部が上記可動質量体に結合されたボールネジとにより上
   記アクチュエータを構成し、さらに上記振動速度の大き
   さが設定値を越えたとき上記制御器から出力される上記
   駆動モータへの信号を遮断する遮断手段とを設けたこと
   を特徴とする振動制御装置。
2. 【請求項２】 上記ボールネジは、上記駆動モータの出
   力トルクに対し２πＴ／Ｌ（Ｌはボールネジのリード
   長）の力を上記可動質量体に作用させるボールネジであ
   ることを特徴とする請求項１記載の振動制御装置。
3. 【請求項３】 上記遮断手段は、上記可動質量体の往復
   移動路と上記可動質量体との相対部の所定位置に、上記
   駆動モータと上記制御器との間に接続されたリミットス
   イッチと、このリミットスイッチを、上記可動質量体の
   移動に伴うリミットスイッチとの機械的接触によりオ
   ン、オフさせる突起部とを設けて構成したことを特徴と
   する請求項１記載の振動制御装置。
4. 【請求項４】 上記駆動モータの軸方向と可動質量体の
   可動方向と振動センサの検知方向とが同一であることを
   特徴とする請求項１記載の振動制御装置。
5. 【請求項５】 上記振動センサの検知方向と可動質量体
   の可動方向とが同一方向で、かつ上記振動センサ、可動
   質量体、制御器、ボールネジおよび遮断手段を同一ベー
   ス上に配置したことを特徴とする請求項１記載の振動制
   御装置。