JPH09256675A

JPH09256675A - 制振装置

Info

Publication number: JPH09256675A
Application number: JP6140296A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukui; 宏治福井
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は伝達機構を介して付加質量を駆動さ
せる構成の場合、伝達機構が摩耗すると制振効果が得ら
れないといった課題を解決するものである。【解決手段】制振装置１は、ビル２の屋上２ａに設置
された動吸振器３が制御装置４からの制御信号によりリ
ニアモータ９〜１１を駆動して付加質量５を揺動させる
構成である。動吸振器３は、所定の重量を有する付加質
量５と、付加質量５を支持する積層ゴム６（６₁〜
６₄）と、付加質量５を直接駆動する駆動部７と、ビル
２の屋上２ａに固定され駆動部７を保持するベース８と
よりなる。第１のリニアモータ９は付加質量５をＸ方向
に押圧し、第２、第３のリニアモータ１０，１１は付加
質量５をＹ方向に押圧して駆動するように取り付けられ
ている。各リニアモータ９〜１１は、ボイスコイルモー
タよりなり、電磁力により付加質量５をＸ，Ｙ方向に直
接駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は制振装置に係り、特
に付加質量を駆動して構造物の振動を制振するよう構成
された制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばビル等の構造物においては、地震
あるいは風圧等による振動を制振するための制振装置が
設けられている。この種の制振装置では、主にビルの質
量に応じた所定の重量を有する付加質量を、ビルの振動
状態に応じて変位させることによりビルの振動を制振す
るようになっている。

【０００３】また、従来の制振装置としては、例えば特
開平２−３００４７８号に示されているように、構造物
の振動に応じて付加質量を移動させて振動を制振するア
クティブ動吸振器を使用したものがある。この種の動吸
振器では、付加重量をリニアベアリング等により摺動自
在に支持するとともに、付加質量に螺合するボールネジ
等の伝達機構をモータにより駆動し、付加質量が水平方
向に往復動されるように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような動吸振器を有する制振装置においては、ボールネ
ジ等の伝達機構を介してモータの駆動力を付加質量に伝
達する構成であるため、頻繁に付加質量を駆動させる場
合にはボールネジの一部に摩耗が生じやすく、長期間連
続して使用されるとボールネジが破損してしまうおそれ
があった。

【０００５】さらに、従来の構成では、ボールネジ等の
伝達機構を必要とする構成であるので、その分部品点数
が多くなり、組み立て工数が増加して製造コストが高価
になっていた。また、従来の制振装置では、付加質量を
一方向に駆動させる構成であり、例えば構造物の振動方
向が変化する場合には、各方向毎の振動を制振できるよ
うに複数の動吸振器を設置する必要があり、構成が複雑
になるばかりか施工に多くの手間を要すると共に、メン
テナンスの手間も増大することになる。

【０００６】そこで、本発明は上記問題を解決した制振
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、構
造物の振動に応じて付加質量を駆動する駆動部を有し、
該駆動部を駆動制御して該構造物を制振する制振装置に
おいて、前記駆動部は、前記付加質量を一方向に移動さ
せる第１のリニアモータと、前記付加質量を前記一方向
と異なる方向に移動させる第２のリニアモータと、より
なり、前記構造物の振動に応じて前記付加質量を直接駆
動することを特徴とするものである。

【０００８】従って、本発明によれば、駆動部が構造物
の振動に応じて付加質量を直接駆動する第１、第２のリ
ニアモータよりなるため、駆動力を付加質量に伝達する
機械的な伝達機構が不要になり、伝達機構が摩耗して制
振動作できなくなるおそれがない。また、構成の簡略化
を図ることができると共に、メンテナンスが容易に行え
る。さらに、第１のリニアモータと第２のリニアモータ
により付加質量を平面的に動作させることが可能にな
り、一方向だけでなく水平方向のどの方向の振動でも制
振することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明の一実施例
について説明する。図１は本発明の第１実施例の制振装
置１がビル２の屋上に設置された状態を示す斜視図、図
２は制振装置１の平面図である。

【００１０】制振装置１は、大略、構造物としてのビル
２の屋上２ａに設置された動吸振器３が制御装置４から
の制御信号により制振動作してビル２の水平方向の振動
を制振する構成となっている。この動吸振器３は、所定
の重量を有する付加質量５と、付加質量５を支持する積
層ゴム６（６₁〜６₄）と、付加質量５を直接駆動する
駆動部７と、ビル２の屋上２ａに固定され駆動部７を保
持するベース８（図１中、一点鎖線で示す）とよりな
る。

【００１１】駆動部７は、付加質量５をＸ方向に押圧し
て駆動する第１のリニアモータ９と、付加質量５をＹ方
向に押圧して駆動する第２、第３のリニアモータ１０，
１１とから構成されている。各リニアモータ９〜１１
は、後述するようにボイスコイルモータよりなり、電磁
力により付加質量５をＸ，Ｙ方向に直接駆動する。

【００１２】尚、本実施例では、Ｘ方向に１台のリニア
モータ９を配し、Ｙ方向に２台のリニアモータ１０，１
１を配したが、これに限らず、Ｘ方向に２台のリニアモ
ータを配設しても良いし、あるいはＸ，Ｙ方向の夫々に
１台ずつあるいは２台以上のリニアモータを配設しても
良いので、リニアモータの設置数及びその組み合わせは
ビル２の質量や構造に合わせて自由に設定することがで
きる。

【００１３】動吸振器３は、付加質量５がリニアモータ
９〜１１により直接駆動されるよう構成されているの
で、従来のようにボールネジ等の伝達機構が不要であ
り、構成の簡略化が図られており、組み立て作業が簡単
になると共に製造コストが安価になっている。また、動
吸振器３では、積層ゴム６（６₁〜６₄）とリニアモー
タ９〜１１を点検すれば良いので、メンテナンスを容易
に行える。

【００１４】また、ビル２の屋上の四隅には、地震ある
いは風圧による振動状態の変位、速度、あるいは加速度
により検出する振動状態検出センサ（以下単に「セン
サ」という）１２（１２₁〜１２₄）が設置されてい
る。各センサ１２₁〜１２₄は、夫々一方向の変位、速
度、あるいは加速度を検出するものであり、例えばセン
サ１２₁は北、センサ１２₂は西、センサ１２₃は南、
センサ１２₃は東といった具合にビル２の東西南北の振
動を検出する。そのため、制御装置４は、このセンサ１
２（１２₁〜１２₄）からの検出信号（各方向のベクト
ル）に基づいてビル２の振動方向及び加速度のベクトル
を求め、ビル２の振動を制振する方向に付加質量５が駆
動されるようにリニアモータ９〜１１を駆動制御する。

【００１５】図２に示すように、第１のリニアモータ９
は、付加質量５の右側面５ａとベース８の壁部８ａとの
間に介在し、モータ本体９ａが壁部８ａに固定され、Ｘ
方向に駆動される駆動シャフト９ｂが付加質量５の右側
面５ａに当接している。また、第２、第３のリニアモー
タ１０，１１は、付加質量５の正面５ｂとベース８の壁
部８ｂとの間に平行に配設され、モータ本体１０ａ，１
１ａが壁部８ｂに固定され、Ｙ方向に駆動される駆動シ
ャフト１０ｂ，１１ｂが付加質量５の正面５ｂに当接し
ている。

【００１６】また、付加質量５の右側面５ａ及び正面５
ｂには、駆動シャフト９ｂ，１０ｂ，１１ｂの先端が摺
動可能に当接する摺動レール１３，１４が取り付けられ
ている。図３にリニアモータ１０の構成を拡大して示
す。尚、リニアモータ９〜１１は同一構成であるので、
他のリニアモータの説明は省略する。

【００１７】リニアモータ１０は、モータ本体１０ａ内
に挿入された駆動シャフト１０ｂを軸方向に駆動させる
構成である。モータ本体１０ａは、筒状の鉄心１５と、
鉄心１５の内周に嵌合する筒状の永久磁石１６と、鉄心
１５の中央部から軸方向に延在する直動軸受１７とから
なる。

【００１８】また、駆動シャフト１０ｂは、永久磁石１
６と直動軸受１７との間に形成された筒状空間１８に挿
入される筒状のコイル１９と、コイル１９に連結された
筒状の軸２０と、軸２０の端部を垂直方向に貫通するピ
ン２１により結合された摺動部材２２とからなる。摺動
部材２２は付加質量５の正面５ｂに取り付けられた摺動
レール１４に当接しており、垂直なピン２１を中心とし
て水平方向に揺動することができる。従って、摺動部材
２２は付加質量５の動きに応じて揺動しながら付加質量
５を押圧することができる。

【００１９】コイル１９は電流が通電されると、永久磁
石１６の磁力とのバランスにより直動軸受１７及び筒状
空間１８に非接触で支持され、通電により生じた駆動力
（フレミングの左手の法則で得られる磁界及び電流と直
交する力）により軸方向（Ｙ方向）に駆動される。そし
て、コイル１９に生じた力は、軸２０、ピン２１、摺動
部材２２を介して付加質量５に伝達される。

【００２０】また、付加質量５は積層ゴム６（６₁〜６
₄）によりベース８上で弾力的に支持されているため、
水平方向のどの方向にも変位することができる。従っ
て、制振装置１はＸ方向あるいはＹ方向だけでなく水平
方向のどの方向の振動でも制振することが可能である。

【００２１】図４は積層ゴム６（６₁〜６₄）を拡大し
て示す斜視図である。積層ゴム６は、円盤状に形成され
た複数のゴム板２４（２４₁〜２４_n）と、円盤状に形
成された複数の金属板２５（２５₁〜２５_n-1）とが交
互に積層されてなる。積層ゴム６は、相当な重量を有す
る付加質量５を揺動自在に支持するため、粘弾性を有す
るゴム板２４（２４₁〜２４_n）だけでは支えきれず、
ゴム板２４間に鉄製の金属板２５が介在することにより
強度が確保されている。

【００２２】また、積層ゴム６は、金属板２５の方がゴ
ム板２４よりも大径となっており、さらにゴム板２４及
び金属板２５の外周にはゴム製の被膜２６（図２中、一
点鎖線で示す）が被覆されており、ゴム板２４及び金属
板２５が密着した状態のまま一体的に結合されている。

【００２３】従って、積層ゴム６は、水平方向の振動が
入力されると、あたかも１個の弾性体の如く弾性変形す
ることができ、付加質量５を水平方向に揺動可能に支持
している。よって、動吸振器３は、リニアモータ９〜１
１が駆動されないときは、パッシブ動吸振器として機能
することができ、リニアモータ９〜１１が駆動されるこ
とによりアクティブ動吸振器として機能することができ
る。

【００２４】図５は積層ゴム６（６₁〜６₄）に支持さ
れた付加質量５をパッシブ動吸振器として使用する場合
のモデル化した模式図である。付加質量５の質量をＭと
し、ｎ層の積層ゴム６の各層の金属板２５の質量をｍ _r
とし、ゴム板２４のばね定数をＫ_r1〜Ｋ_rnとしてモデル
化する。そして、一つの積層ゴム６において、各層の金
属板２５の質量ｍ_rをゼロとして考えると、一の積層ゴ
ム６₁のばね定数Ｋ_rAは、１／Ｋ_rA＝１／Ｋ_r1＋１／Ｋ_r2＋ … ＋１／Ｋ_rn … （１）により求まる。また、他の積層ゴム６₂〜６₄のばね定
数Ｋ_rB〜Ｋ_rDも上式（１）と同様に求まる。そして、４
個の積層ゴム６₁〜６₄が並列に付加質量５に接続され
た本実施例の構成のばね定数Ｋ_rは、次式により求ま
る。

【００２５】Ｋ_r＝Ｋ_rA＋Ｋ_rB＋Ｋ_rC＋Ｋ_rD … （２）また、付加質量５の固有振動数ｆは次式（３）により求
まる。ｆ＝１／２π×√（Ｋ／Ｍ） … （３）従って、付加質量５の固有振動数がビル２の水平方向の
固有振動数と一致するように、付加質量６の質量と積層
ゴム６全体のばね定数Ｋ_rとを設定することにより、ビ
ル２の１次振動を抑制することができる。

【００２６】図６は制振装置１の制御系のブロック図で
ある。前述した各センサ１２（１２₁〜１２₄）からの
各検出信号は、増幅器２８₁〜２８₄により増幅され
る。制御装置４は、上記増幅器２８₁〜２８₄と、セン
サ１２により検出されたアナログ信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器３０と、Ａ／Ｄ変換器３０から出
力された振動状態検出信号に基づいてビル２の振動方向
及び振幅、周期等の演算を行う演算装置３１と、各種デ
ータ及び制御プログラムを記憶する記憶装置３２と、演
算装置３１から出力されたデジタル信号をアナログ信号
に変換するＤ／Ａ変換器３３と、演算装置３１から出力
された制御信号に応じて上記リニアモータ９〜１１を駆
動制御するドライブ回路３４とを有する。

【００２７】各増幅器２８₁〜２８₄により増幅された
信号は、Ａ／Ｄ変換器３０でデジタル信号に変換されて
演算装置３１に出力される。演算装置３１は、Ａ／Ｄ変
換器３０から入力されたデジタル信号に基づいてリニア
モータ９〜１１への制御量を演算する。

【００２８】さらに、演算装置３１の演算結果は、Ｄ／
Ａ変換器３２によりアナログ信号に変換されてドライブ
回路３４に供給され、ドライブ回路３４は演算装置３１
で演算された制御量に応じた駆動信号としてのトルク指
令電流をリニアモータ９〜１１のコイル１９に出力す
る。

【００２９】図７は動吸振器３をアクティブ動吸振器と
して駆動する場合に演算装置３１が実行する制御処理の
フローチャートである。ステップＳ１（以下「ステッ
プ」を省略する）において、各センサ１２₁〜１２₄か
らの検出信号を監視しており、センサ１２₁〜１２₄の
何れかから検出信号が出力されたときは、Ｓ２に進み、
センサ出力を読み込む。

【００３０】次のＳ３では、センサ１２₁〜１２₄によ
り検出された検出信号に基づいてビル２の変位方向を求
める。尚、ビル２の変位方向としては、Ｘ方向、Ｙ
方向、Ｘ，Ｙ方向に対してある角度ずれた水平方向、
ある点を中心とする回転方向の力が作用してビル２が
捩れるように変位する方向のいずれかを演算により求め
る。続いて、Ｓ４でビル２の加速度を演算する。

【００３１】Ｓ５では、ビル２の変位方向がＸ方向であ
るか否かを判定しており、ビル２の変位方向がＸ方向で
あるときは、Ｓ６に進み、Ｘ方向のリニアモータ９の制
御量を演算する。その際、リニアモータ９の制御量は、
周知の最適レギュレータ理論に基づいて演算される。す
なわち、最適レギュレータ理論によれば、二次形式評価
関数Ｊを最小にする状態フィードバックゲインベクトル
Ｆをリカッチ方程式より求め、状態フィードバックゲイ
ンベクトルＦと、各センサ１２からのビル２の変位検出
信号に基づいて、制御量ｕを求める。

【００３２】そして、リニアモータ９に制御量ｕを出力
する（Ｓ７）。これにより、リニアモータ９のコイル１
９に制御量ｕに応じた電流が通電され、コイル１９を有
する駆動シャフト９ｂがＸ方向に駆動される。付加質量
５は積層ゴム６₁〜６₄により支持されているため、リ
ニアモータ９がＸ方向に押圧すると共に同方向に揺動す
る。

【００３３】このように付加質量５は、リニアモータ９
により直接ビル２の変位方向に押圧され、その反力がベ
ース８の壁部８ａを介してビル２に作用してビル２の振
動が制振される。尚、付加質量５がＸ方向に揺動する
際、他のリニアモータ１０，１１の摺動部材２２は摺動
レール１４を摺動する。

【００３４】また、上記Ｓ５において、ビル２の変位方
向がＸ方向でないときは、Ｓ８に移行してビル２の変位
方向がＹ方向であるか否かを判定する。Ｓ８でビル２の
変位方向がＹ方向であると判定されたときは、Ｓ９に進
み、Ｙ方向のリニアモータ１０，１１の制御量を演算す
る。その際、リニアモータ１０，１１の制御量は、前述
したＳ６の場合と同様に周知の最適レギュレータ理論に
基づいて演算される。

【００３５】そして、リニアモータ１０，１１に制御量
ｕを出力する（Ｓ１０）。これにより、リニアモータ１
０，１１のコイル１９に制御量ｕに応じた電流が通電さ
れ、コイル１９を有する駆動シャフト１０ｂ，１１ｂが
Ｙ方向に駆動される。付加質量５は積層ゴム６₁〜６₄
により支持されているため、リニアモータ１０，１１が
Ｙ方向に押圧すると共に同方向に揺動する。

【００３６】このように付加質量５は、リニアモータ１
０，１１により直接ビル２の変位方向に押圧され、その
反力がベース８の壁部８ａを介してビル２に作用してビ
ル２の振動が制振される。尚、付加質量５がＹ方向に揺
動する際、他のリニアモータ９の摺動部材２２は摺動レ
ール１３を摺動する。

【００３７】また、上記Ｓ８において、ビル２の変位方
向がＹ方向でないときは、Ｓ１１に移行してビル２の変
位方向がＸ，Ｙ方向に対してある角度ずれた水平方向で
あるか否かを判定する。このＳ１１でビル２の変位方向
がＸ，Ｙ方向に対してある角度ずれた水平方向であると
判定されたときは、Ｓ１２に進み、Ｘ方向のリニアモー
タ９及びＹ方向のリニアモータ１０，１１の制御量を演
算する。その際、リニアモータ９〜１１の各制御量は、
前述したＳ６の場合と同様に周知の最適レギュレータ理
論に基づいて演算される。

【００３８】そして、各リニアモータ９〜１１に制御量
ｕを出力する（Ｓ１３）。これにより、各リニアモータ
９〜１１のコイル１９に制御量ｕに応じた電流が通電さ
れ、コイル１９を有する駆動シャフト９ｂがＸ方向に駆
動されると同時に、コイル１９を有する駆動シャフト１
０，１１ｂがＹ方向に駆動される。付加質量５は積層ゴ
ム６₁〜６₄により支持されているため、リニアモータ
９がＸ方向に押圧し、且つリニアモータ１０，１１がＹ
方向に押圧することによりビル２の変位方向（Ｘ，Ｙ方
向に対してある角度ずれた水平方向）に揺動する。

【００３９】図８に示すように、付加質量５は、リニア
モータ９〜１１により直接ビル２の変位方向に押圧さ
れ、例えばＡ方向に揺動する。そして、その反力がベー
ス８の壁部８ａ，８ｂを介してビル２に作用してビル２
の振動が制振される。尚、付加質量５がＡ方向に揺動す
る際、リニアモータ９の摺動部材２２は摺動レール１３
を摺動し、他のリニアモータ１０，１１の摺動部材２２
は摺動レール１４を摺動する。

【００４０】また、上記Ｓ１１において、ビル２の変位
方向がＸ，Ｙ方向に対してある角度ずれた水平方向でな
いときは、Ｓ１４に移行してビル２にある点を中心とす
る回転方向の力が作用してビル２が捩れるように変位し
たか否かを判定する。このＳ１４でビル２の変位方向が
捩れ方向であるときは、Ｓ１５に進み、Ｘ方向のリニア
モータ９及びＹ方向のリニアモータ１０，１１の制御量
を演算する。その際、リニアモータ９〜１１の各制御量
は、前述したＳ６の場合と同様に周知の最適レギュレー
タ理論に基づいて演算される。

【００４１】そして、各リニアモータ９〜１１に制御量
ｕを出力する（Ｓ１６）。これにより、各リニアモータ
９〜１１のコイル１９に制御量ｕに応じた電流が通電さ
れ、コイル１９を有する駆動シャフト９ｂがＸ方向に駆
動されると同時に、コイル１９を有する駆動シャフト１
０，１１ｂがＹ方向に駆動される。付加質量５は積層ゴ
ム６₁〜６₄により支持されているため、リニアモータ
９がＸ方向に押圧し、且つリニアモータ１０，１１がＹ
方向に押圧することによりビル２の変位方向（Ｘ，Ｙ方
向に対してある角度ずれた水平方向）に揺動する。

【００４２】図９に示すように、付加質量５は、リニア
モータ９〜１１により直接ビル２の変位方向に押圧さ
れ、例えばＢ方向（時計方向）に回動するように駆動さ
れる。この場合、リニアモータ１０と１１との駆動力が
異なり、リニアモータ１０の方が大きな駆動力で付加質
量５を押圧する。そして、その反力がベース８の壁部８
ａ，８ｂを介してビル２に作用してビル２の振動が制振
される。

【００４３】尚、付加質量５がＢ方向に回動する際、リ
ニアモータ９の摺動部材２２はピン２１を中心に揺動し
ながら摺動レール１３を摺動し、他のリニアモータ１
０，１１の摺動部材２２もピン２１を中心に揺動しなが
ら摺動レール１４を摺動する。また、ビル２の捩れ方向
が上記の場合と逆方向である場合、図１０に示すよう
に、付加質量５は、リニアモータ９〜１１により直接ビ
ル２の変位方向であるＣ方向（反時計方向）に回動する
ように駆動される。この場合、リニアモータ１０よりリ
ニアモータ１１の方が大きな駆動力で付加質量５を押圧
すると共にＸ方向のリニアモータ９も付加質量５を押圧
する。そして、その反力がベース８の壁部８ａ，８ｂを
介してビル２に作用してビル２の振動が制振される。

【００４４】このように、制振装置１は、Ｘ，Ｙ方向の
リニアモータ９〜１１の駆動により付加質量５が水平方
向のどの方向にも揺動することができ、１台でビル２の
どの方向の振動も制振することができる。そのため、従
来装置のように、一方向しか制振できないものを複数台
設置する必要がないので、設置スペースが小さくて済
み、しかも構成の簡略化が図れる。その結果、設置作業
及び設置後のメンテナンスが容易に行える。

【００４５】尚、上記実施例では、ビル２の屋上２ａに
センサ１２を設置してビル２の振動方向及びその大きさ
を検出する構成としたが、高層ビルの場合には、各階に
よって変位量が異なり、一次振動モードだけでなく２次
振動モードあるいは３次振動モードの振動となることも
ある。そのような振動モードに対処するため、ビル２の
各階あるいは振動の節となる階にセンサ１２を設置して
動吸振器３を制振動作させるようにする。

【００４６】その場合、例えばビル２を図１１に示すよ
うにモデル化して考える。ビル２は質量ｍ_s1〜ｍ
_sN-1と、ばね要素Ｋ_s1〜Ｋ_sN-1と、減衰要素Ｃ_s1〜Ｃ_sN
_-1とより構成される数学モデルに置き換えられる。ま
た、動吸振器３は付加質量５が質量ｍ_aに置き換えら
れ、積層ゴム６がばね要素Ｋ_sN及び減衰要素Ｃ_sNに置き
換えられる。

【００４７】また、リニアモータ９〜１１の制御力をｕ
の数学モデルに置き換える。さらに、ビル２の各階の変
位をｙ_s1〜ｙ_sN-1，付加質量５の変位をｙ_a，地面の変
位をＺとする。ビル２の各階の変位ｙ_s1〜ｙ_sN-1と地面
の変位Ｚとの差をとった相対変位を夫々ｘ_s1〜ｘ_sN-1，
付加質量５の変位ｙ_aと地面の変位Ｚとの差をとった相
対変位をｘ_sNとする。

【００４８】ここで、図１１の数学モデルに対して状態
方程式をたてると次式のようになる。

【００４９】

【数１】

【００５０】但し、上記（４）式のＸ，Ａ，Ｂは以下の
ようにベクトルを表し、ｕは後述する制御量を表すベク
トルである。

【００５１】

【数２】

【００５２】

【数３】

【００５３】この系に次式のような状態フィードバック
が施されるならば、制御量ｕは、ｕ＝−ＦＸ …（１１）と表される。そして、次の閉ループ系の状態方程式が得
られる。

【００５４】

【数４】

【００５５】ここに、Ｆは状態フィードバックゲインベ
クトル、ｕは制御量である。このＦは最適レギュレータ
理論を用いて次の手順で決定される。まず、次式のよう
な二次形式評価関数Ｊを定義する。

【００５６】

【数５】

【００５７】最適レギュレータ理論では、この二次形式
評価関数Ｊを最小にする状態フィードバックゲインベク
トルＦを決定する。ここに、Ｑ，Ｒは重み行列と呼ばれ
正定行列であり、Ｑを大きくすると応答性が向上し、Ｒ
を大きくすると制御量を小さくすることができる。

【００５８】上記状態フィードバックゲインベクトルＦ
を求めるには、次のリカッチ方程式ＰＡ＋Ａ^TＰ−ＰＢＲ^-1Ｂ^TＰ＋Ｑ＝０ …（１４）の正定な解Ｐを求めれば、状態フィードバックゲインベ
クトルＦを次のように定めることによって評価関数Ｊを
最小にすることができる。

【００５９】Ｆ＝Ｒ^-1Ｂ^TＰ …（１５）このときは、閉ループ系の漸次安定が保証されており、
安定化が図れる。演算装置３１は、以上のような制御理
論により算出された状態フィードバックゲインベクトル
Ｆと、各センサ１２からのビル２の変位検出信号Ｘに基
づいて、制御量ｕを求める。

【００６０】図１２に演算装置３１が実行するリニアモ
ータ９〜１１の操作量ｕを算出するためのフローチャー
トを示す。演算装置３１は、Ｓ２１において、制振装置
１のシステムに異常がないかどうかをチェックする。こ
のＳ２１で異常がないときは、Ｓ２２に進みビル２の振
動による各階及び付加質量５の相対変位などの状態量を
前述したセンサ１２（１２ ₁〜１２n ）からの検出信号
が入力される。

【００６１】そして、Ｓ２３では入力された状態量と前
述した制御理論により算出した状態フィードバックゲイ
ンベクトルＦにより動吸振器３の制御量ｕを算出する。
続いてＳ２４に進み、算出された制御量ｕを動吸振器３
に出力する。これにより、動吸振器３のリニアモータ９
〜１１は付加質量５を揺動させて制振動作を行う。

【００６２】尚、Ｓ２１において、システムの異常発生
を示す異常信号が入力されたときは、Ｓ２５に進み制御
量ｕを０としてＳ２４でｕ＝０を動吸振器３に出力す
る。その場合、動吸振器３は制振動作をせず、停止す
る。また、演算装置３１は、予め設定された所定時間間
隔（例えば５msごと）で上記Ｓ２１〜Ｓ２５の処理を実
行し、制御量ｕを出力する。

【００６３】従って、演算装置３１はビル２の各階の振
動の大きさに応じたセンサ１２（１２₁〜１２n ）から
の出力に基づいて制御量ｕを演算することができるた
め、動吸振器３は、例えば風圧による振動、地震発生時
の振動、地震発生後の残留振動などのビル２の各階の振
動状態の大きさに応じた制振動作を正確に行うことがで
き、ビル２の振動を短時間で収束させることができる。

【００６４】図１３に本発明の第２実施例を示す。上記
リニアモータ１０の駆動シャフト１０ｂの先端に装着さ
れた摺動部材２２は、断面がＣ字状に形成された摺動レ
ール１４の溝１４ａに係合する鍔部２２ａを有する。摺
動部材２２の鍔部２２ａは、摺動レール１４の溝１４ａ
内に摺動自在に連結されている。そのため、摺動部材２
２は付加質量５を一方向に押圧するだけでなく逆方向に
引っ張る力を摺動レール１４に伝達すると共に、付加質
量５がＹ方向に駆動されたときは摺動部材２２の鍔部２
２ａが相対的に摺動レール１４をＸ方向に摺動して駆動
シャフト１０ｂに横方向の応力が作用しないように構成
されている。

【００６５】また、リニアモータ１０は第１実施例の場
合と同様にコイル１９に電流が通電されると付加質量５
を一方向に押圧し、コイル１９へ逆向きの電流が通電さ
れると付加質量５を逆方向に引っ張ることができる。従
って、リニアモータ１０はコイル１９への通電方向を切
り換えることにより付加質量５を往復駆動することがで
きる。

【００６６】尚、図１３では図示していないが、前述し
た第１実施例の場合と同様に、ビル２の振動を制振する
方向に付加質量５を駆動させる３個のリニアモータ９〜
１１が設けられている。第１のリニアモータ９は、付加
質量５の右側面５ａとベース８の壁部８ａとの間に介在
し、モータ本体９ａが壁部８ａに固定され、Ｘ方向に駆
動される駆動シャフト９ｂの端部に設けられた摺動部材
２２の鍔部２２ａが付加質量５の右側面５ａに取り付け
られた摺動レール１３に摺動自在に連結されている。ま
た、第３のリニアモータ１１は、付加質量５の正面５ｂ
とベース８の壁部８ｂとの間に第２のリニアモータ１０
と平行に配設され、モータ本体１１ａが壁部８ｂに固定
され、Ｙ方向に駆動される駆動シャフト１１ｂの端部に
設けられた摺動部材２２の鍔部２２ａが付加質量５の正
面５ｂに取り付けられた摺動レール１４に摺動自在に連
結されている。

【００６７】このように各リニアモータ９〜１１の端部
に設けられた摺動部材２２の鍔部２２ａが摺動レール１
３，１４に摺動自在に連結されているため、付加質量５
が第１のリニアモータ９に駆動されてＸ方向に揺動する
際には、摺動レール１４が他のリニアモータ１０，１１
の摺動部材２２の鍔部２２ａをＸ方向に摺動する。ま
た、付加質量５が第２，第３のリニアモータ１０，１１
に駆動されてＹ方向に揺動する際には、摺動レール１３
が他のリニアモータ９の摺動部材２２の鍔部２２ａをＹ
方向に摺動する。そのため、付加質量５がＸ，Ｙ方向に
揺動しても各リニアモータ９〜１１の端部に設けられた
摺動部材２２の鍔部２２ａが相対的に摺動レール１３，
１４を摺動することにより各駆動シャフト９ｂ〜１１ｂ
に横方向の応力が作用しないようになっており、付加質
量５のＸ，Ｙ方向への揺動に伴う各駆動シャフト９ｂ〜
１１ｂの破損が防止されている。

【００６８】また、付加質量５の底面には、複数のボー
ルベアリング３５が取り付けられている。従って、付加
質量５は、複数のボールベアリング３５により移動可能
に支持されており、リニアモータ９〜１１の駆動力によ
りベース８上を低摩擦で往復移動できる。

【００６９】このように第２実施例の構成では、リニア
モータ９〜１１の押圧力だけでなく引っ張り力も駆動力
として付加質量５に伝達することにより付加質量５を所
定の水平方向に往復移動させることができるので、より
制振効果が大きく、短時間でビル２の振動を制振するこ
とができる。

【００７０】尚、上記ボールベアリング３５の代わりに
低摩擦板を取り付け、低摩擦板がベース８上を摺動する
構成としても良いのは勿論である。また、上記各実施例
では、ビル２の制振を行う制振装置を一例として挙げた
が、これに限らずビル以外の構造物（例えば橋梁、鉄
塔、高架建築物、スタジアム等）にも適用できるのは勿
論である。

【００７１】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、駆動部が
構造物の振動に応じて付加質量を直接駆動する第１、第
２のリニアモータよりなるため、駆動力を付加質量に伝
達する機械的な伝達機構が不要になり、伝達機構が摩耗
して制振動作できなくなるおそれがない。そのため、装
置の耐久性を高めることができると共に、制振動作の信
頼性も高めることができる。さらに、構成の簡略化を図
ることができるので、組み立て工数が削減されて製造コ
ストを安価にできると共に、設置後のメンテナンスが容
易に行える。また、第１のリニアモータと第２のリニア
モータにより付加質量を平面的に動作させることが可能
になり、一方向だけでなく水平方向のどの方向の振動で
も制振することができる。そのため、従来のように一方
向しか制振できない装置を複数台設置するよりも、設置
スペースが小さくて済み、しかもメンテナンス時間を短
縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる制振装置の第１実施例の制振装置
がビルの屋上に設置された状態を示す斜視図である。

【図２】動吸振器の平面図である。

【図３】リニアモータの構成をしめす縦断面図である。

【図４】積層ゴムの斜視図である。

【図５】パッシブ動吸振器をモデル化した模式図であ
る。

【図６】制御装置のブロック図である。

【図７】制御装置が実行する制御処理のフローチャート
である。

【図８】付加質量をＡ方向に揺動させた状態を示す平面
図である。

【図９】付加質量をＢ方向に回動させた状態を示す平面
図である。

【図１０】付加質量をＣ方向に回動させた状態を示す平
面図である。

【図１１】ビル、動吸振器をモデル化した模式図であ
る。

【図１２】動吸振器の制御処理を説明するためのフロー
チャートである。

【図１３】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１制振装置２ビル３動吸振器５付加質量６（６₁〜６₄）積層ゴム７駆動部８ベース９〜１１リニアモータ１２（１２₁〜１２₄）振動状態検出センサ１３，１４摺動レール１６永久磁石１９コイル２２摺動部材３１演算装置３４ドライブ回路３５ボールベアリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の振動に応じて付加質量を駆動す
る駆動部を有し、該駆動部を駆動制御して該構造物を制
振する制振装置において、前記駆動部は、前記付加質量を一方向に移動させる第１
のリニアモータと、前記付加質量を前記一方向と異なる方向に移動させる第
２のリニアモータと、よりなり、前記構造物の振動に応じて前記付加質量を直接駆動する
ことを特徴とする制振装置。