JP2001507434A

JP2001507434A - Magnetorheological fluid seismic damper

Info

Publication number: JP2001507434A
Application number: JP53658998A
Authority: JP
Inventors: デビッドカールソン、ジエイ
Original assignee: ロードコーポレーション
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 2001-06-05
Also published as: AU2134497A; WO1998037339A1; CA2282509A1

Abstract

(57)【要約】建築物、橋梁などの大形構造物内の第１の構造部材（２１）と第２の構造部材（２３）の間に制御可能な減衰力を与える地震ＭＲダンパー。地震ダンパー（２０）は、中空空洞（３０）と少なくとも一つの穴（２８）有するダンパーボデー（２２）と、前記穴（２８）の中に滑り可能に受けられる少なくとも１本のピストン棒（２４）と、前記少なくとも１本のピストン棒（２４）に取付けられ、前記中空空洞の中を軸方向に可動で前記中空空洞（３０）を第１の流体室（３２）と第２の流体室（３４）に分割するピストン組立体（２６）と、第１の流体室（３２）と第２の流体室（３４）の間の流れを制御する制御可能な通路（３６）と、前記制御可能な通路、前記第１の流体室及び前記第２の流体室の中に入っている担体液の中に分散された軟磁性粒子を含む磁気流動性流体（３８）と、前記制御可能な通路に入っている前記磁気流動性流体に作用して流動性変化を発生し、それによって前記制御可能な通路を通る前記磁気流動性流体の流れを制限する複数の磁界（３９、３９’、３９”）を発生する交互に巻かれた複数のコイル（４０、４０’、４０”）とを備えている。 (57) [Summary] An earthquake MR damper that provides a controllable damping force between a first structural member (21) and a second structural member (23) in a large structure such as a building or a bridge. The seismic damper (20) comprises a damper body (22) having a hollow cavity (30) and at least one hole (28), and at least one piston rod (24) slidably received in said hole (28). And attached to the at least one piston rod (24) and axially movable within the hollow cavity so as to divide the hollow cavity (30) into a first fluid chamber (32) and a second fluid chamber (34). ), A controllable passage (36) for controlling flow between a first fluid chamber (32) and a second fluid chamber (34), and the controllable passage. A magnetorheological fluid (38) comprising soft magnetic particles dispersed in a carrier liquid contained in the first fluid chamber and the second fluid chamber; To the magnetic fluid, which causes a change in fluidity. A plurality of alternatingly wound coils (40, 40 ', 40 ") for generating a plurality of magnetic fields (39, 39', 39") for restricting the flow of the magnetofluid fluid through the controllable passage. And

Description

【発明の詳細な説明】磁気レオロジー流体地震ダンパ発明の分野本発明は制御可能な流体装置の領域に関する。詳しくいえば、それは磁気流動性（磁気的に制御できる）流体を利用する制御可能な装置に関する。発明の背景運動、ショック、及び／または振動を制御する制動力を生ずる作動媒体として作動油を用いるダンパーが知られている。これらの装置の一つの特別なクラスが制御可能である。特に、制御可能なダンパーでは、電気流動性（ＥＲ）流体、電気泳動（ＥＰ）流体、磁気流動性（ＭＲ）流体、作動流体（半能動的）などを含むものが知られている。ＥＲ−タイプ・ダンパーのに関する例が三井の米国特許第5、029,677号に見出すことができる。ＥＰ−タイプのダンパーの記載をカールソン(Carlson)に与えられた米国特許第5、 018、606号に見出すことができる。半能動油圧ダンパーと弁バルブの例がカーノップ(Karnopp)他の米国特許第3、807、678号及びウルフ(Wolfe)他の米国特許第 5、207、774号に見出すことができる。特に関心のあるのが磁気流動性（ＭＲ）流体ダンパーであるということは、それらが小さな電流（普通数アンペア以下）を必要とするだけで、ずっと低い電圧（普通１２ボルト以下）で動作するので、ＥＲ装置の電圧衝撃の危険を与えないからである。ＭＲ流体ダンパーは、液体担体野中に分散された小さな磁性粒子からなる制御可能な磁気流動性（ＭＲ）流体を用いている。代表的粒子は種々の形を有するが、円形であるのが好ましく、約０．１μｍないし５０μｍの間で、さらに好ましくは約１μｍと１００μｍの間の平均直径を示すカルボニル鉄などがある。担体流体は、周知の十分な強さの磁界に曝されると、時には「見かけの粘性変化」ということがある濃厚化挙動（流動性変化）を示す。ＭＲ流体が曝される磁界の強さが高ければ高いほど、特定のＭＲダンパー内に達成できる減衰力は大きい。特に、ＭＲ流体装置は磁界発生装置（一般に巻線コイル）に供給される電流内の簡単な変動で容易に制御できる。とりわけ、ＭＲ流体とダンパーがＥＲ装置（電界に曝されると流動性に変化を示す）でまだ得られていない耐久性を実証した。さらに、制御可能な弁に可動部品がをわずかしかないか全くないので、制御可能な半能動装置で以前は達成されなかった簡易性を与える。従来技術のＭＲダンパーの記載は、「制御可能な振動装置」という名称の米国出願番号08/674,179及び米国特許第5,492,312号、第5,284,330号および第5,277,281号（それのすべてが本発明の譲受人に共通して譲渡されている）に見出すことができる。最近、ＭＲダンパーの使用が地震危険緩和のための土木工学構造物の制御のために提案された。ＭＲダンパーは、小出力を使用して制御できるようになっているので、それらは電池動力動作に非常によく適応できる。明らかに、現実には地震事故の間に主電源が停電することに対して対策を取らなければならず、ＭＲダンパーを魅力的な候補にする。しかし、ほとんどの用途におけるように、穏当か低いコストと高性能が必要である。さらに、使用される流体は長い静止期間に耐えることができ、沈降しきってはいけない。したがって、地震用途のための低コストで信頼性があり高性能のダンパーに対する要求がある。発明の概要従来の装置の利点と欠点に照らして、本発明は、建築物、橋梁又はその他の同様な大きな構造物などの第１の構造部材と第２の構造部材の間に取付ける磁気流動性流体地震ダンパーである。ＭＲ地震ダンパーは実時間制御が可能な制動（消散）力を与える。これらの力は適当な制御アルゴリズムに従って迅速に切り替えられることができる。第１の新規な面において、ＭＲ地震ダンパーは、少なくとも一つの穴を含む中空空洞を中に形成されたダンパーボデーから成る。少なくとも１本のピストン棒が少なくとも一つの穴の中に滑り可能に受けられる。ダンパーボデーを第１の構造部材に付ける手段が含まれると共に、少なくとも１本のピストン棒を第２の構造部材に取り付ける手段がある。ピストン組立体が少なくとも１本のピストン棒に取り付けられ、前記中空空洞の中で軸方向に可動で、それによって空洞を第１と第２の流体室に分割する。第１の流体室と弟２の流体室の間の流れを制御する制御可能な通路が設けられている。制御可能な通路及び第１と第２の流体室の中に磁気流動性（ＭＲ）流体が含まれている。ＭＲ流体は担体液の中に分散された軟磁性粒子を含んでいる。複数の交互に巻かれたコイルがピストン組立体を形成するピストン・コアの周りに巻かれ、前記制御可能な通路に含まれているＭＲ流体に作用するようにピストン・コアに付いている磁極片によって方向付けられる複数の磁界を発生させる。これは「流動性」変化を発生し、制御可能な通路を通るＭＲ流体の流れを制限する。地震事故の間電池動力で作動させることができるように動力に対する要求が低いことが本発明の地震ＭＲダンパーの利点である。１７８，０００Ｎ（４０，０００ｌｂｆ）以上のオーダーの大きい減衰力を発生できることが本発明の地震ＭＲダンパーの利点である。どんな著しい保守も必要としないで多年の間使用できるので、時間的に安定であることが本発明の地震ＭＲダンパーの利点である。沈降に非常に抵抗力があるＭＲ流体を使用できることが本発明の地震ＭＲダンパーの一つの面の利点である。０．１５秒以下でフルオンからフルオフに急速に切り換えできることが本発明地震ＭＲダンパーの一つ面の利点である。本発明の上記及びその他の特徴、利点、および特性は好まし実施形態の付随の説明と添付図面で明らかになるであろう。図面の簡単な説明明細書の一部分を形成する添付図面は、本発明のいくつかの主要な実施形態を例示している。図面と説明が一緒に本発明を完全に説明するのに役立つ。図面において、図１はＭＲ式地震ダンパーとそれを含む装置の部分断面側面図を例証する。好ましい実施形態の説明次に、同様の数字が同様の各要素を表している図面を参照すると、図１において、地震ＭＲダンパーの好ましい実施形態が総括的に２０で示されている。地震ダンパー２０は、第１の構造部材２１（建築物又は橋梁の第１の部分など）と第２の構造部材２３（建築物又は橋梁の第２の部分など）の間に制御可能な減衰力を与える。同様に、地震ダンパー２０は、他の大きな土木工学構造物における振動／動きの風負荷／運動による制御に使用されてもよい。地震ダンパー２０は低炭素鋼などの軟磁性材料で作られた部分的に閉じた端付き中空シリンダであるのが好ましいダンパー・ボデー２２からなっている。ダンパーボデー２２は、少なくとも一つの円形穴、そして好ましくは両端に形成された二つの穴２８、２８’ を備えた中空空洞３０を備えている。少なくとも１本のピストン棒、望ましくは２本のピストン棒２４、２４’が少なくとも一つ望ましくは二つの穴２８、２８’に軸方向に滑り可能に受けられている。円形の穴２８、２８’は、望ましくはその中に固定された軸受とシールの組立体２９、２９’を備えている。軸受とシールの流体の組立体２９、２９’は、流体の漏れるのを防いで、半径方向の荷重を支持するように中空空洞３０を密封する。軸受の部分はまた、ピストン組立体２６とダンパーボデー２２の間に適切な隙間を保つ。前記ダンパボデー２２を第１の構造部材２１に取付ける手段はダンパーボデーに形成されたフランジ２５、２５’及びボルト、ピン、溶接からなる。同様に、少なくとも１本、そして好ましくは２本、のピストンロッド２４、２４’を第２の構造部材に取付ける手段はピストン棒２４、２４’にねじ込まれて固定されたロッド端３１、３１’及び第２の構造部材２３にボルト、ピン、溶接などで固定されたブラケット３３、３３’からなる。ピストン組立体２６は、前記少なくとも１本、好ましくは２本のピストンロッド２４、２４’にピストンロッド２４、２４’に作られたネジつき端３５、３５ ’によってネジ込んで取付けられている。ピストン組立体２６は、中空空洞３０の中で軸方向に可動で、それによって空洞を第１の流体室３２と第２の流体室３４に分割している。特に、ピストン組立体２６とダンパボデー２２の間の隙間は、制御可能な通路３６を画定している。その隙間は、約１−２ｍｍ（０．０４− ０．０８インチ）の間、そして最も好ましくは約１．５ｍｍ（０．０６０インチ）の寸法を持つことである。望ましくは、制御可能な通路３６が環状の形をしており、ピストン組立体２６の外側の半径方向周辺２７とダンパーボデー２２の内径２７との間に形成されることである。例として、ピストン組立体２６の外径はおよそ２０．２ｃｍ（７．８８インチ）あり、ピストン組立体２６の長さは２２．４ｃｍ（８．８３５インチである。交互に巻かれた複数のコイル４０、４０’、４０”を適当な電流（一般に約１Ａで、約２２Ｗの動力を必要とする）で付勢することによって第１の流体室３２と第２の流体室３４の間のＭＲ流体３８の流れを制御するのに十分な強さの磁界３９、３９’、３９”を発生する。磁界が磁極片４２’、４２”内で加算的であるようにコイル４０’、４０”、４０'''を交互に巻くことが重要である。例えば、コイル４０、４０”をピストンコア４１の周りに時計周り方向（ＣＷ）に円周に沿って磁極片４２、４２’、４２”、４２'''は、飽和を防ぐために約９度の角度で傾斜を付けられるのが好ましい。コイル４０’、４０”、４０ '''は各々１６ゲージ（１．２９ｍｍ直径）の皮膜付きマグネットワイヤの約１２５９巻きからなっている。各コイル４０’、４０”、４０'''に出入りするワイヤは、ピストンコア２５の中の小さな半径方向に形成された穴を通されて、ワイヤ空洞３７の中へ出てくる。次に、ワイヤは、ピストンロッド２４’の中心線を下って形成された穴を通ってワイヤ空洞を出て行く。ワイヤは、流体が少しも漏れないようにハーメチックシール４３を通過させるのが好ましい。埋込用材料（エポキシなど）が空洞３７を満たし、コイル40'、40"、40'''の外径の上に塗装されてコイルをさらに保護するのが好ましい。「甘草カスタード」と言われる磁気流動性流体３８が地震ダンパーにおいて使用するのに好ましい。本明細書に記載されている流体３８は、本願発明者によって長期耐用の地震ダンパーに望ましいことを発見された。寿命が流体の沈降によって大きく左右されるので、目に見えるサイクルは、一般にごくわずかである。ＭＲ流体３８は、好ましくは球形に形作られ、約０．１μｍ５００μｍの間で、さらに好ましくは約１μｍと１００μｍの間の平均直径を示す還元カルボにル鉄粒子などの軟磁性粒子含むのが好ましい。望ましくは、還元カルボにル鉄粒子の含有量は８６．２％であるが、重量で約５０％から９０％の範囲にあってもよい。この鉄粒子は、商品名パーマビィス８（ＰＥＲＭＡＶＩＳ８）として米国ペンシルバニア州クレイルトンのクルト・レスカ社（ＫｕｒｔＬｅｓｋｅｒ）から入手できる合成炭化水素油などの担体液の中に分散されている。合成炭化水素油は、重量で約１３．３％含むのが好ましいが、重量で１０％から５０％の範囲にあってもよい。ＭＲ流体３８は商品名ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬＥＨ−５の下で米国マサチュセッツ州ボストンのカボート社（ＣａｂｏｔＣｏｒｐ．）から入手できるフュームドシリカなどのシリカチキソトロピー剤を含むのが望ましい。チキソトロピー剤は、重量で約０．１％入っているが、重量で０．０５％と１％の間の範囲であってもよい。さらに、リチウム・ヒドロキシステアレート（米国コネチカット州グリーンウィッチのウィトコ（Ｗｉｔｃｏ）社から入手できる）などの他の添加物を加えてもよい。この添加物は重量で約０．５％入れるのが望ましいが、重量で０．０５％から２％の範囲にあってもよい。これらの添加物は、ＭＲ流体３８に例えば地震ダンパー２０が長年の間静止して打たれないとき、それが沈降しないというような優れた耐沈降特性を与える。明らかに、リチュウム・ヒドロキシステアレートを省いてさえ、ある程度の耐沈降性質を得ることができる。この流体は、適度の粘度を示し、なお高いオフ状態対オン状態比を持っている。しかし、それは、著しいオフ状態降伏応力、すなわち、優れた耐沈降性質を与える「カスタード」軟度を示す。動作時には、降伏応力をいったん超えると、その流体はオフ状態において適度の粘度の流体として、そしてオン状態には非常に粘性の流体として作用する。望ましくは、この流体は、合成炭化水素油の中にリチウム・ヒドロキシステアレートとシリカを混ぜ、次に約２００℃まで加熱することによって作られる。これはリチウム・ヒドロキシステアレートが溶解できるようにする。次に、混合物が冷やされて、カルボニル粉末が高速カウルズ（Cowles）型ミキサーで加えられる。本願発明者は、本明細書においてこの特定の流体にはダンパー２０などの地震ダンパーにおいて重要な用途があることを認めた。ＭＲ流体３８は制御可能な通路３６、第１の流体室３２及び第２の流体室３４並びに外部の第３の室４４の中に入れられる。第３の外部の室４４は、蓄圧器４６の中に含まれ、これはまた、第１と第２の室３２、３４に入っているＭＲ流体３８を加圧するガス充填室４８を含んでいる。第３の外部の室４４とガス充填室４８はが柔軟な隔壁４５によって分離されている。約１５．８８ｍｍの寸法を有する小さい通路４７が第３の室４４を第１の流体室３２及び／又は第２の流体室３４と相互接続する。蓄圧器６はまた、ダンパー２０の中のＭＲ流体３８の膨脹、収縮を許すが、またどんなキャビテーションも最小にするようにダンパー２０内の流体３８を加圧する。蓄圧器４６は望ましくは、窒素ガスで６，８９４Ｋｐａ（１，０００ｐｓｉ）と１０，３４１Ｋｐａ（１，５００ｐｓｉ）の間に加圧されるのが望ましい。第３の室４４が関心のある振動周波数に対して、ガス充填室４８における圧力が高いために、ほぼ動的に閉鎖される。好ましい蓄圧器４６は、ｐ／ｎＳＢ０２００−１Ｅ４／１１２Ｆ−２１０ＣＫという名称でハイダック（Ｈｙｄａｃ）社によって製造されている。ピストン組立体２６は、好ましくは、テーパを付けられ、軟磁性の磁極片４２、４２’、４２”、４２'''によって制御可能な通路３６に入っているＭＲ流体３８に作用するように向けられる複数の磁界３９、３９’、３９”を発生する３個あるのが望ましい複数の軸方向に間隔を置いて、交互に巻かれたコイル４０、４０’、４０”を備え、その結果、制御可能な通路３６を通るＭＲ流体３８の流れを制限する流動性変化（見かけの粘性変化）を発生させる。これは可変減衰力を生じる。磁極片４２、４２’、４２”、４２'''及びダンパーボデー２２のための適当な材料は１２Ｌｌ４低炭素鋼などの軟磁性材料を含む。望ましくは、デジタルの制御装置５０は周知のアルゴリズムのどれかを介してＭＲダンパー２０を制御する。これは、第１のと第２の部材２１、２３の動きを表すセンサー情報を水平加速度を検知するセンサ５２、５２’から取ることを含んでいる。さらに、変位又は速度を水平変位又は速度センサ５２”を介して測定して与えることができる。特に、停電すれば、電池がＭＲダンパー２０と制御装置５０の電力所要量を供給する。制御装置５０はセンサ５２、５２’５２”の一つ以上からのセンサ信号をアルゴリズム６０に従って処理して適当な出力信号（電流）をＭＲダンパー２０に与える。様々な制御アルゴリズムが当業者に周知であり、加速フィードバックに基づくクリップト最適制御などがある。加速フィードバックを使用するクリップト最適制御の考察をダイク（Dyke）、スペンサー（Spencer）、セイン(Sain)、およびカールソン(Carlson)共著「地震応答の低減のための磁気流動性ダンパーのモデリングと制御」（１９９６年８月１日）に見いだすことができる。速度及び／又は変位入力に基づく他のアルゴリズムを用いることもできる。明らかに、地震事故の間、この装置は、地震事故の開始後すぐに又は間もなく停電の可能性があるので、電池５４の直流電流を作動させ始める。交流電源５８を作動させ始める充電器５６は電池が完全に充電されるのを確実にするために電池５４を定期的に充電する。本発明の好ましい実施形態を含むいくつかの実施形態を詳細に説明したが、前述のものに対して様々な改造態様、変更態様、変化態様、及び適応態様を添付請求の範囲に限定された本発明の精神と範囲から逸れることなく作り得る。すべてのそのような改造態様、変更態様、及び変化態様を本発明の一部分と考えることを意図している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Magnetorheological fluid seismic damper Field of the invention The invention relates to the area of controllable fluidic devices. More specifically, it is magnetic flow The present invention relates to a controllable device utilizing an ionic (magnetically controllable) fluid. Background of the Invention As a working medium that produces a braking force that controls movement, shock, and / or vibration Dampers using hydraulic oil are known. One special class of these devices is controllable. In particular, the controllable Dan In par, electrorheological (ER) fluids, electrophoresis (EP) fluids, and magnetofluid (MR) fluids ) Fluids, working fluids (semi-active) and the like are known. ER-type An example of a damper can be found in Mitsui US Pat. No. 5,029,677. U.S. Pat.No. 5, issued to Carlson for a description of EP-type dampers. It can be found in 018, 606. Example of semi-active hydraulic damper and valve valve is car U.S. Pat.No. 3,807,678 to Karnopp et al. And U.S. Pat. It can be found in 5,207,774. Of particular interest is a magnetorheological (MR) fluid damper. They only require small currents (typically less than a few amps), and much lower voltages (Normally less than 12 volts), so there is no danger of ER device voltage shock Because. MR fluid dampers are small magnetic particles dispersed in a liquid carrier. A controllable magnetorheological (MR) fluid is used. Typical particles are of various shapes But preferably circular, between about 0.1 μm and 50 μm. More preferably, carbonyl iron or the like having an average diameter between about 1 μm and 100 μm is used. is there. When a carrier fluid is exposed to a magnetic field of sufficient strength, as is well known, it sometimes produces an "apparent viscosity". A change in fluidity (fluidity change), which is sometimes referred to as "change in fluidity." MR fluid is exposed The higher the magnetic field strength, the more damping force can be achieved in a particular MR damper. large. In particular, MR fluid devices are designed to operate within the current supplied to a magnetic field generator (generally a wound coil). Can be easily controlled with a simple variation of In particular, the MR fluid and the damper are ER devices ( Changes in fluidity when exposed to an electric field). . In addition, the controllable valve has few or no moving parts, so It provides simplicity previously not achieved with a capable semi-active device. Prior art MR Dan The description of Parr can be found in U.S. application Ser. No. 08 / 674,179 entitled "Controllable Vibration Devices". And U.S. Patent Nos. 5,492,312, 5,284,330 and 5,277,281 (all of which are incorporated herein by reference). Are commonly assigned to the assignee of the present invention). Recently, the use of MR dampers has been used to control civil engineering structures to mitigate earthquake hazards. Suggested for. The MR damper can be controlled using low power. As such, they are very well adaptable to battery powered operation. Obviously, in reality the earth Measures must be taken against a power outage during the earthquake, and MR Make an attractive candidate. However, as in most applications, Low cost and high performance are required. In addition, the fluids used are resistant to long periods of rest. Can not be settled down. Therefore, low cost for earthquake applications There is a demand for a reliable, reliable and high-performance damper. Summary of the Invention In light of the advantages and disadvantages of conventional devices, the present invention relates to a building, bridge or other similar device. Magnetic flow installed between a first structural member such as a large structure and a second structural member Dynamic fluid seismic damper. MR seismic damper has real-time controllable braking Scatter) give power. These forces switch quickly according to the appropriate control algorithm Can be done. In a first novel aspect, an MR seismic damper includes at least one hole. It consists of a damper body with an empty cavity formed therein. At least one piston rod Is slidably received in at least one hole. Install the damper body in the first Means for attaching to the structural member is included, and at least one piston rod is connected to the second structure. There is a means to attach to the structural member. The piston assembly has at least one piston rod And is axially movable within the hollow cavity, thereby creating a first cavity. And a second fluid chamber. Controlling the flow between the first fluid chamber and the second fluid chamber; A controllable passage is provided. In the controllable passage and the first and second fluid chambers Contain a magnetic fluid (MR) fluid. MR fluid dispersed in carrier liquid Contains soft magnetic particles. Multiple alternating coils form a piston assembly MR flow wrapped around a rotating piston core and contained in the controllable passage Directed by a pole piece attached to the piston core to act on the body Generate multiple magnetic fields. This creates a “fluidity” change that can be Restrict the flow of MR fluid. Low power requirements so that it can be operated on battery power during an earthquake This is an advantage of the seismic MR damper of the present invention. Generates large damping force on the order of 178,000N (40,000lbf) or more This is an advantage of the seismic MR damper of the present invention. It can be used for many years without any significant maintenance, so it is time stable Certain advantages of the seismic MR damper of the present invention. The ability to use MR fluids that are very resistant to sedimentation One aspect of par is the advantage. The present invention is capable of rapidly switching from full on to full off in less than 0.15 seconds. This is one advantage of the seismic MR damper. The above and other features, advantages, and characteristics of the present invention are the attendant features of the preferred embodiments. It will be apparent from the description and accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The accompanying drawings, which form a part of the specification, illustrate several principal embodiments of the invention. An example is shown. The drawings and description together serve to fully explain the invention. On the drawing And FIG. 1 illustrates a partial cross-sectional side view of an MR seismic damper and a device including the same. Description of the preferred embodiment Referring now to the drawings in which like numerals represent like elements, FIG. Thus, a preferred embodiment of a seismic MR damper is indicated generally at 20. earthquake The damper 20 includes a first structural member 21 (such as a first portion of a building or a bridge) and a first structural member 21. Controllable damping force between two structural members 23 (such as a second part of a building or bridge) give. Similarly, the seismic damper 20 can be used for vibration in other large civil engineering structures. It may be used for wind / motion control of motion / motion. Earthquake damper 20 is low Partially closed hollow cylinder made of soft magnetic material such as carbon steel Consists of a preferred damper body 22. The damper body 22 has few At least one circular hole, and preferably two holes 28, 28 'formed at both ends. And a hollow cavity 30 having At least one piston rod, preferably two piston rods 24, 24 ', is small. At least one and preferably two holes 28, 28 'are slidably received in the axial direction. I have. Circular holes 28, 28 'are preferably provided for bearings and seals secured therein. An assembly 29, 29 'is provided. The bearing and seal fluid assemblies 29, 29 ' The hollow cavities 30 are tightly packed to prevent fluid leakage and to support radial loads. Seal. The bearing section also fits between the piston assembly 26 and the damper body 22. Keep a sharp gap. The means for attaching the damper body 22 to the first structural member 21 is Flanges 25, 25 'formed on the damper body and bolts, pins, and welds Become. Similarly, at least one, and preferably two, piston rods 24 , 24 'to the second structural member is screwed into the piston rod 24, 24' Bolts, pins, and the like to the rod ends 31, 31 'and the second structural member 23 fixed and fixed. It consists of brackets 33, 33 'fixed by welding or the like. The piston assembly 26 includes at least one, and preferably two, piston locks. Threads 24, 24 'with threaded ends 35, 35 made in piston rods 24, 24'. ′. The piston assembly 26 includes a hollow cavity 30 In the first fluid chamber 32 and the second fluid chamber 3 It is divided into four. In particular, the gap between the piston assembly 26 and the damper body 22 is , A controllable passage 36 is defined. The gap is about 1-2 mm (0.04- 0.08 inches), and most preferably about 1.5 mm (0.060 inches) ). Desirably, the controllable passage 36 is annular in shape and the piston assembly 26 Is formed between the outer radial periphery 27 of the outer periphery of the damper body 22 and the inner diameter 27 of the damper body 22. That is. As an example, the outer diameter of the piston assembly 26 is approximately 20.2 cm (7. 88 inches) and the length of the piston assembly 26 is 2.835 inches (8.835 inches). Ji. A plurality of alternatingly wound coils 40, 40 ', 40 " (Typically about 1 A and requires about 22 W of power). Strong enough to control the flow of MR fluid 38 between body chamber 32 and second fluid chamber 34 Magnetic fields 39, 39 ', 39 "are generated within the pole pieces 42', 42". It is important that the coils 40 ', 40 ", 40'" be wound alternately as arithmetically. You. For example, the coils 40, 40 "may be wound around the piston core 41 in a clockwise direction (C W) along the circumference of the pole pieces 42, 42 ', 42 ", 42'" to prevent saturation. It is preferred that the bevel is angled at about 9 degrees. Coils 40 ', 40 ", 40 '' 'Is about 1 of 16 gauge (1.29mm diameter) coated magnet wire. It consists of 259 turns. The wire entering and exiting each coil 40 ', 40 ", 40'" The ear is passed through a small radially formed hole in the piston core 25 and Comes into the ear cavity 37. Next, the wire is connected to the center line of the piston rod 24 '. Exit the wire cavity through the hole formed below. The wire has no fluid It is preferable to pass through the hermetic seal 43 so as not to leak. An embedding material (such as epoxy) fills the cavity 37 and the coils 40 ', 40 ", 40'" Preferably, it is painted over the outer diameter to further protect the coil. A magnetic fluid 38 called "licorice custard" is used in seismic dampers. Preferred for use. The fluid 38 described herein is provided by the inventor. It was found to be desirable for long-lasting seismic dampers. Service life due to settling of fluid The visible cycles are generally negligible because they are highly dependent on The MR fluid 38 is preferably spherically shaped, between about 0.1 μm and 500 μm, More preferably, the reduced carbohydrate having an average diameter between about 1 μm and 100 μm It is preferable to include soft magnetic particles such as particles. Desirably, reduced iron particles are Content is 86.2%, but may range from about 50% to 90% by weight . These iron particles are sold under the trade name PERMAVIS 8 in the United States. Kurt Lesser, Clayton, N.C. Dispersed in a carrier liquid such as a synthetic hydrocarbon oil that can be obtained from the company. Synthetic hydrocarbon The oil preferably comprises about 13.3% by weight, but ranges from 10% to 50% by weight. It may be. MR Fluid 38 is rice under the trade name CAB-O-SIL EH-5. Obtained from Cabot Corp., Boston, Mass., USA It is desirable to include a silica thixotropic agent, such as a possible fumed silica. H The xotrope contains about 0.1% by weight, but 0.05% and 1% by weight. The range may be between. In addition, lithium hydroxystearate (US (Available from Witco, Greenwich, N.C.) Any other additives may be added. It is desirable to add about 0.5% by weight of this additive However, it may be in the range of 0.05% to 2% by weight. These additives allow the MR fluid 38, for example, the seismic damper 20 to remain stationary for many years. It provides good anti-settling properties such that it does not settle when not hit. Obviously, even if the lithium hydroxystearate is omitted, there is some settling resistance. Falling properties can be obtained. This fluid has a moderate viscosity and is still in a high off state Has an on-state ratio. However, it is likely that the significant off-state yield stress, In addition, it exhibits "custard" softness which gives excellent sedimentation resistance. In operation, the yield Once the force is exceeded, the fluid is a fluid of moderate viscosity in the off state, In the on state, it acts as a very viscous fluid. Desirably, the fluid comprises lithium hydroxysteer in the synthetic hydrocarbon oil. It is made by mixing the rate and the silica and then heating to about 200 ° C. This It allows the lithium hydroxystearate to dissolve. Then the mixture Is cooled and the carbonyl powder is added in a high speed Cowles mixer. You. The present inventor has identified herein that this particular fluid includes a ground such as a damper 20. He acknowledged that there was an important use in seismic dampers. The MR fluid 38 includes a controllable passage 36, a first fluid chamber 32, and a second fluid chamber 34. And into the third chamber 44 outside. The third external chamber 44 contains the accumulator 4 6, which is also the MR fluid contained in the first and second chambers 32,34. It includes a gas filling chamber 48 for pressurizing 38. Third external chamber 44 and gas filling chamber 48 are separated by a flexible partition 45. With dimensions of about 15.88mm A small passageway 47 connects the third chamber 44 to the first fluid chamber 32 and / or the second fluid chamber. Interconnect with. The accumulator 6 also controls the expansion of the MR fluid 38 in the damper 20. , Damper 2 to allow shrinkage but also minimize any cavitation The fluid 38 in 0 is pressurized. The accumulator 46 is desirably 6,894K with nitrogen gas. Pa (1,000 psi) and 10,341 Kpa (1,500 psi) It is desirable to be pressed. The third chamber 44 is charged with gas for the vibration frequency of interest. Due to the high pressure in the filling chamber 48, it closes almost dynamically. Preferred accumulator 4 No. 6 is called p / n SB0200-1 E4 / 112F-210CK. It is manufactured by Hydac. The piston assembly 26 is preferably tapered and soft magnetic pole piece 42 , 42 ', 42 ", 42'" MR fluid in passage 36 controllable by " Generating a plurality of magnetic fields 39, 39 ', 39 " A plurality of axially spaced, alternately wound coils 40, preferably 40 ′, 40 ″ so that the flow of the MR fluid 38 through the controllable passage 36 Causes a change in fluidity (apparent change in viscosity) that limits this. This is a variable damping force Is generated. The pole pieces 42, 42 ′, 42 ″, 42 ′ ″ and the damper body 22 are formed. Suitable materials include soft magnetic materials such as 12L14 low carbon steel. Preferably, the digital controller 50 is implemented via any of the well-known algorithms. The MR damper 20 is controlled. This allows the movement of the first and second members 21, 23 Including taking sensor information from the sensors 52 and 52 'for detecting horizontal acceleration. It is. Further, the displacement or speed is measured via a horizontal displacement or speed sensor 52 ". Can be given. In particular, if a power failure occurs, the battery is The power requirement of the device 50 is provided. The controller 50 receives the sensor signals from one or more of the sensors 52, 52'52 " An appropriate output signal (current) is given to the MR damper 20 by processing according to the algorithm 60. I can. Various control algorithms are well known to those skilled in the art, and are based on acceleration feedback. There is clipped optimal control. Clipped with acceleration feedback Consider Dyke, Spencer, Sain, and And Carlson, "Magnetic Fluid Dampers for Seismic Response Reduction." Modeling and Control "(August 1, 1996). Speed and And / or other algorithms based on displacement inputs can be used. Obviously, the earth During an earthquake, this device may be subject to a power outage immediately or shortly after the start of the earthquake. Since there is, the DC current of the battery 54 starts to operate. Start operating AC power supply 58 The charger 56 periodically charges the battery 54 to ensure that the battery is fully charged. To charge. While several embodiments, including preferred embodiments of the present invention, have been described in detail, Various modifications, changes, changes, and adaptations to the above are attached. It can be made without departing from the spirit and scope of the invention, which is limited to the scope of the invention. all Such modifications, alterations, and variations of the invention are considered a part of the present invention. Is intended.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】０”）とを備えている。────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S Z, UG), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD , RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ , BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK , LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR , TT, UA, UG, US, UZ, VN [Continuation of summary] 0 ").

Claims

[Claims] 1. An earthquake damper for providing a controllable damping force between a first large structural member and a second large structural member, comprising: (a) at least one hole formed therein and an inner diameter forming a portion of a hollow cavity. (B) means for attaching the damper to the first large structural member; (c) at least one piston rod slidably received in the at least one hole; Means for attaching said at least one piston rod to a second large structural member; and (e) a piston core having a plurality of pole pieces formed thereon, and a plurality of coils alternately wound around said piston core. And having an outer perimeter attached to the at least one piston rod and axially movable through the hollow cavity, thereby defining the first cavity and the second fluid in the hollow cavity. Divided into rooms (F) a controllable passage formed between the inner diameter of the damper body and the outer periphery of the piston assembly; and (g) the controllable passage, the first fluid. Fluid comprising soft magnetic particles dispersed in a carrier liquid contained in the chamber and the second fluid chamber; and (h) the magnetic fluid fluid in the controllable passage. Providing current to a plurality of coils that generate a plurality of magnetic fields directed by the plurality of pole pieces to produce a change in flowability that acts on the controllable passage to restrict flow of the magnetofluid fluid. Seismic damper comprising means. 2. The seismic damper of claim 1, wherein the magnetic fluid fluid further comprises: (a) a synthetic hydrocarbon oil, (b) particles of carbonyl iron, and (c) silica. 3. The seismic damper of claim 1, wherein the magnetic fluid fluid further comprises: (a) a synthetic hydrocarbon oil, (b) particles of carbonyl iron, and (c) lithium hydroxide. 4. The magnetorheological fluid may further comprise (a) between 10% and 50% by weight of a synthetic oil, (b) between 50% and 90% by weight of a carbonyl, and (c) 0.05% and 1% by weight. 2. The seismic damper of claim 1, comprising between 0.05% and 2% by weight of silica, and (d) lithium hydroxysterate. 5. The at least one piston rod comprises a first piston rod fixed to a first end of the piston assembly and a second piston rod fixed to a second end of the piston assembly. Item 4. The earthquake damper according to item 1. 6. The seismic damper of claim 1 wherein at least one of said first and second fluid chambers interacts with a third fluid chamber through a passage. 7. 7. The seismic damper of claim 6, wherein the third fluid chamber is external. 8. Seismic damper of claim 6, the third fluid chamber is filled with the gas to the operating pressure between 70.3kfg / cm ² and 105.5kgf / cm ^2. 9. The seismic damper of claim 1, wherein the first structural member is a first part of a building and the second structural member is a second part of a building. 10. The seismic damper of claim 1, wherein said first structural member is a first portion of a bridge and said second structural member is a second portion of a bridge. 11. The seismic damper of claim 1 controlled by a digital controller. 12. The seismic damper of claim 11, wherein the digital controller takes input from at least one sensor. 13. The seismic damper of claim 12, wherein the digital controller and the seismic damper operate on battery power. 14． The seismic damper according to claim 1, wherein the plurality of pole pieces are tapered.