JP2003075290A - 風洞実験用振動天秤装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞で建物模型の振動実験を行なう場合に使
用される振動天秤装置において、その減衰機構の減衰率
を容易に変更できるようにし、実験の作業性、再現性の
向上を図ることを目的とする。 【解決手段】 振動天秤装置であって、その減衰機構
に、振動軸の下端に良導電性の制動円板を固定し、該制
動円板の下面に間隙をもって対面させて、Ｎ、Ｓ極が同
心円形の磁石を配置してなるマグネットダンパーを使用
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風洞において、建
物模型の振動実験を行なう場合に用いられる振動天秤装
置に係わり、特に、その減衰機構に特徴を有する。

【０００２】

【従来の技術】広く、建物に対する風の影響を知るた
め、風洞による建物模型（以下模型とする）を用いた振
動実験が行なわれている。この実験において、模型を風
洞内にセットし、模型が受ける振動を検知する振動天秤
装置が使用されている。

【０００３】図５に従来の振動天秤装置の例を示してい
る。まず、図５に沿って振動天秤装置の概要について説
明する。１は振動天秤装置の支持フレームであって、基
盤２と、該基盤２上に立設される支柱３と、支柱３上に
支持される天板４とより構成されており、架台５上に設
置されている。

【０００４】６は模型振動軸（以下振動軸とする）であ
って、天板４上に設置された支持台７にジンバル装置８
を介して支持され、天板４に設けられた貫通穴を通して
吊持された状態にある。ジンバル装置８は、支持台７の
内面に若干の間隙をもたせて、軸受けリングを、平面視
して、例えばＸ方向にピン支持させて設け、該軸受けリ
ング内に若干の間隙をもたせて、振動軸６の軸頭部を、
平面視して、例えばＹ方向にピン支持する構造になって
いる。

【０００５】したがって、振動軸６は支持台７と軸受け
リングおよび軸受けリングと軸頭部、夫々の間隙の範囲
内でＸ方向およびＹ方向に傾動可能である。つまり、模
型にＸ、Ｙ方向の振動の自由度が与えられている。９は
振動軸６の軸頭部に載置された模型取付け台であり、止
めねじにより振動軸６の軸心に固定されている。１０は
模型を示す。

【０００６】１１は、実際の建物の剛性に模型１０の剛
性を合わせるため、模型１０に剛性を与えるばねであ
る。該ばね１１は、図示の例では引っ張りコイルばねが
使用されており、平面視してＸ方向およびＹ方向に４本
が配置され、振動軸６に固定されると共に、各支柱３間
に取り付けられたばね取付け板１２に調節ボルト１３を
介して係止されている。したがって、調節ボルト１３に
よって、ばね１１の作用力を変え、模型１０に与える剛
性を調整することができる。

【０００７】１４は、実際の建物の減衰率を模型１０に
与えるための減衰機構である。該減衰機構１４は、基盤
２上に設置されるオイルバス１５と、該オイルバス１５
内に位置させて、振動軸６の下端に固定された制動板１
６とより構成されるオイルダンパーが使用されている。

【０００８】オイルバス１５にはシリコン系オイルが張
られ、制動板１６がオイル中に浸積する状態になってい
る。かかる状態において、制動板１６に振動が加わった
場合、該制動板１６にオイルによる制動力が働くので、
模型１０にはオイルによる制動力が働いた減衰率が与え
られる。１７はオイルバス支持台である。なお、上記し
た実際の建物の剛性および減衰率は、建設予定の建物の
設計上の数値が使用される。

【０００９】１８は、振動軸６のＸ方向およびＹ方向の
変位を検出する変位計であって、例えば、平面視してＸ
方向およびＹ方向に向けて配置され、振動軸６の所定位
置にレーザ光を発信して変位量を検知する非接触型変位
計が使用される。１９は変位計支持台である。なお、変
位計１８に替えて、ばね１１にロードセルを介在させて
設けるようにし、歪みにより変位を検知する手段も多く
採用されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
振動天秤装置における減衰機構にはオイルダンパーが使
用されており、オイルの粘性によって、制動力を得るも
のであった。このため、減衰率を変化させるには、求め
る減衰率に対応するようシリコン系オイルの粘性を変え
るか、または制動板の形状を変える必要があった。

【００１１】シリコン系オイルの粘性を変えるには、市
販されているオイルの粘度が限られているため、粘度が
異なる数種類のオイルを混合して、求める減衰率に対応
するように粘性を調整することになる。しかし、この作
業は試行錯誤しながら行なわれており、その調整は非常
に煩雑であった。

【００１２】また、オイルバス１５の容量は一定であ
り、容量に限りがあるから、異なった実験を行なう場合
には、オイルの粘性調整を一から行なわねばならず、極
めて作業効率が低いものであったし、さらに、過去の実
験と同じ条件に設定するのも非常に難しく、実験の再現
性が著しく低いものであった。

【００１３】さらにまた、制動板１６の形状を変える方
法においては、制動板１６に張り板を付けるとか、幾つ
かの形状の制動板１６を準備しておき、それを取り替え
て使用するとか、制動板１６の取付け位置を変える等の
手段がとられているが、何れも微妙な調整ができず、ま
た、非常に手間のかかる作業となっていた。

【００１４】本発明は、このような従来型の不都合な点
に鑑みてなされたものであって、風洞において模型の振
動実験を行なう場合に使用される振動天秤装置の減衰機
構の減衰率を容易に変更できるようにし、実験の作業
性、再現性の向上を図ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】振動天秤装置であって、
模型振動軸の下端に制動円板を固定し、該制動円板の下
面に間隙をもって対面させて、Ｎ、Ｓ極が同心円形の磁
石を配置し、該磁石の磁力によって制動円板に制動力を
働かせるようにしたマグネットダンパーを減衰機構とし
て備えた。

【００１６】磁石としては、永久磁石または電磁石を用
い、永久磁石を用いる場合は、昇降手段により昇降可能
に保持し、磁極と制動円板との間の間隙を変化させて制
動力を調整するようにし、電磁石を用いる場合には、磁
極と制動円板との間の間隙を一定にして保持し、コイル
に通電する電流値を変化させて磁力を変え、制動力を調
整するようにした。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図示した本発明の実施の形
態について説明する。図１は本発明による振動天秤装置
の正断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った平断面図で
あり、図３は本発明による減衰機構に永久磁石を用いた
場合の磁石の昇降手段を示す正面図、図４は同平面図で
ある。なお、図３に示した従来型と同じ部品については
同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００１８】２０は本発明による減衰機構を示してお
り、２１は振動軸６の下端に固定された制動円板であっ
て、アルミや銅など良導電性材料の円板が使用される。
２２は制動円板２１の下面に間隙をもって、対面させて
配置した磁石であり、該磁石２２はＮ極とＳ極が同心円
形に形成されている。本発明による減衰機構２０は、こ
の磁石２２により制動円板２１に制動力を働かせるマグ
ネットダンパーとして構成されている。

【００１９】図示した磁石２２は、昇降可能に保持され
た永久磁石であって、昇降により制動円板２１の下面と
の間隙を変えて、制動円板２１に働かせる制動力を調整
するようになっている。２３はその昇降手段を示す。２
４は基盤２に立向きに固設された嵌合型レールであり、
縦溝２５を有すると共に、中央部には横方向に貫通する
水平な穴（図示せず）が設けられている。この水平な穴
と縦溝２５とはクロスする位置で連通している。

【００２０】また、水平な穴には、軸端にピニオン２６
を固定したピニオン軸２７が挿入され、回転可能に軸受
けされている。２８はピニオン軸２７の他端側に取り付
けられたつまみであって、該つまみ２８によってピニオ
ン軸２７、ピニオン２６が回わされる。

【００２１】２９は、磁石２２を載置して保持する磁石
保持台であり、その裏面には前記嵌合型レール２４と嵌
合するスライダー３０が装着されている。該スライダー
３０には全長にわたってラック３１が設けられている。
該ラック３１は、前記したピニオン２６と噛合し、嵌合
型レール２４に設けた縦溝２５内に収納された状態にあ
る。

【００２２】このような構成であるから、つまみ２８を
回すことによって、ピニオン２６とラック３１の噛合に
より、スライダー３０、磁石保持台２９が上下動し、磁
石２２を昇降することになる、つまり、制動円板２１と
磁石２２との間の間隙を変化させることができる。

【００２３】なお、３２は嵌合型レール２４にねじ通し
されたクランプレバーであって、該クランプレバー３２
をねじ込むことによって、スライダー３０を固定でき
る。また、嵌合型レール２４とスライダー３０との間に
目盛りが刻印されている。例えば、磁石保持台２９を基
盤２上に乗せかけたときを０設定として、制動円板２１
と磁石２２との間の間隙量を目盛りにより確認できるよ
うにしてある。

【００２４】磁石２２として電磁石を使用する場合は、
コイルに通電する電流値を変えて、制動円板２１に働か
せる制動力を調整する。つまり、磁石２２を昇降させる
必要はないので、制動円板２１と一定の間隙をもたせて
固定保持台で保持する。なお、図中３３は風洞の内床面
を示している。

【００２５】本発明の構成は以上の通りであって、次に
その作用について説明する。制動円板２１は磁石２２の
磁場内に配置されている。したがって、実験により振動
軸６に模型１０の振動が伝わり、振動軸６が移動する
と、該振動軸６の移動により制動円板２１が磁石２２の
磁束を切ることになり、該制動円板２１内に渦電流が発
生する。

【００２６】この渦電流により生ずる磁場と、磁石２２
の磁場との相互作用により、制動力が得られる。つま
り、磁石２２により制動円板２１に制動力が働くことに
なる。制動円板２１に働く制動力は、磁石２２の磁力を
変えることによって調整できる。したがって、磁石２２
の磁力を変えて、模型１０の減衰率を実際の建物の減衰
率と等しくなるように制動力を調整する。

【００２７】磁石２２の磁力を変えるには、永久磁石を
使用している場合は、昇降手段２３により磁石２２を昇
降させ、制動円板２１と磁石２２との間の間隙を変え
る。電磁石を使用している場合は、該電磁石のコイルに
通電する電流値を変化させて磁力を変えるようにする。

【００２８】何れの場合も、例えば、つまみを回すと云
う操作だけで簡単に制動力を調整することができる。ま
た、目盛り等により変化量を確認しながらの作業である
から、容易に制動力を調整でき、容易く、迅速に求める
減衰率にすることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、振動天秤装置の減衰機構に、
振動軸の下端に固定した制動円板と、該制動円板の下面
に間隙をもって、対面させて配置した磁石とよりなるマ
グネットダンパーを使用するようにした。そして、永久
磁石を使用する場合は、永久磁石を昇降手段に保持さ
せ、磁極と制動円板との間隙を変化させて制動力を調整
するようにし、電磁石を使用する場合は、コイルに通電
する電流値を変化させて制動力を調整するようにした。

【００３０】このため、簡単な操作だけで、容易に制動
力を調整することができ、どのような状態からでも減衰
率を迅速に変更できるようになり、実験の作業性、再現
性の向上を図ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動天秤装置の正断面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う平断面図。

【図３】本発明の減衰機構に永久磁石を用いた場合の磁
石の昇降手段を示す正面図。

【図４】同平面図。

【図５】従来の振動天秤装置の正断面図。

【符号の説明】 １ 支持フレーム ２ 基盤 ３ 支柱 ４ 天板 ５ 架台 ６ 模型振動軸 ７ 支持台 ８ ジンバル装
置 ９ 模型取付け台 １０ 模型 １１ ばね １２ ばね取付
け板 １３ 調節ボルト １４ 減衰機構 １５ オイルバス １６ 制動板 １７ オイルバス支持台 １８ 変位計 １９ 変位計支持台 ２０ 減衰機構 ２１ 制動円板 ２２ 磁石 ２３ 昇降手段 ２４ 嵌合型レ
ール ２５ 縦溝 ２６ ピニオン ２７ ピニオン軸 ２８ つまみ ２９ 磁石保持台 ３０ スライダ
ー ３１ ラック ３２ クランプ
レバー ３３ 風洞内床面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動天秤装置の模型振動軸の下端に制動円
   板を固定し、該制動円板の下面に間隙をもって対面させ
   て、Ｎ、Ｓ極が同心円形の磁石を配置し、該磁石の磁力
   によって制動円板に制動力を働かせるようにしたマグネ
   ットダンパーを減衰機構として備えたことを特徴とする
   風洞実験用振動天秤装置。
2. 【請求項２】昇降手段により昇降可能に保持した永久磁
   石を用い、磁極と制動円板との間の間隙を変化させて、
   制動円板に働く制動力を調整するようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の風洞実験用振動天秤装置。
3. 【請求項３】磁極と制動円板との間の間隙を一定にして
   保持した電磁石を用い、該電磁石のコイルに通電する電
   流値を変化させて磁力を変え、制動円板に働く制動力を
   調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   風洞実験用振動天秤装置。