JP2006349053A - Natural frequency variable type vibration control method and vibration control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動を抑制するための制振装置に関し、各種建造物、乗り物、産業用各種機器、さらには宇宙空間の無重力場において使用される各種機器に適用することができる磁性流体を用いた制振装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration damping device for suppressing vibration, and uses a magnetic fluid that can be applied to various buildings, vehicles, various industrial devices, and various devices used in a zero-gravity field in outer space. The present invention relates to a vibration damping device.
建造物、乗り物、産業用各種機器等の構造物の振動対策装置は耐振、免振、制振装置の三種に大別される。
この内、制振装置は、構造物に与えられた振動エネルギーを各所に設置したダンパーで消費する事により構造物の振動および破損を消去、低減させるものである。
周期的な加振力を受ける構造物の制振には動吸振機の適用が効果的である。これは、構造物に取り付けたダンパー、つまり付加振動系の固有振動数を加振振動数に一致させ、構造物の振動数付近に半共振点を形成し、構造物の振動を吸振しようという装置である。
付加振動系には錘など様々なものが利用されるが、機械摩擦がない事や二方向に制振効果を発揮するという大きなメリットを考えて、流体を用いたものも多々ある。
Vibration control devices for structures such as buildings, vehicles, and various industrial equipment are roughly classified into three types: vibration resistance, vibration isolation, and vibration control devices.
Among them, the vibration damping device eliminates and reduces vibration and breakage of the structure by consuming the vibration energy given to the structure with dampers installed at various places.
The application of a dynamic vibration absorber is effective for damping a structure that receives a periodic excitation force. This is a device that tries to absorb the vibration of the structure by making the damper attached to the structure, that is, the natural frequency of the additional vibration system coincide with the vibration frequency, and forming a semi-resonance point near the vibration frequency of the structure. It is.
Various types such as a weight are used for the additional vibration system, but there are many that use a fluid in consideration of the great merit that there is no mechanical friction and that the vibration control effect is exhibited in two directions.
流体を用いた制振装置としては、液体の流体力を利用したスロッシング・ダンパーが知られている。その原理は、スロッシングの振動数を構造物の固有振動数と一致させることにより、構造物の振動を容器内の液体が運動エネルギーとして吸収し、壁面などの抵抗による減衰を利用してエネルギーを拡散させるというものである。
また、上記流体のスロッシング効果を利用した制振装置として、磁性流体を用いたものも種々提案されている(例えば特許文献1、非特許文献1等参照)。
磁性流体は磁場に反応する流体であり、磁場を印加することで粘性などの性質が変化する。なお、以下では、磁性を示す流体を総称して磁性流体と呼ぶことこととし、例えばMR(MR:magneto-rheological)流体もここでは、磁性流体と呼ぶこととする。
In addition, various types of vibration control devices using the fluid sloshing effect using a magnetic fluid have been proposed (see, for example,
A magnetic fluid is a fluid that reacts to a magnetic field, and properties such as viscosity change when a magnetic field is applied. In the following, fluids exhibiting magnetism are collectively referred to as magnetic fluids, and for example, MR (magneto-rheological) fluids are also referred to herein as magnetic fluids.
上述した液体の流体力を利用したスロッシング・ダンパーは、付加振動系の固有振動数(スロッシング共振周波数)を構造物の固有振動数に一致させて構造物の共振点付近において最大の制振効果を得られるように設計されている。しかし、一般には、加振振動数は状況により変化する。例えば、地震の振動数は常に同じではない。
このため、加振振動数が、構造物共振点付近を離れるほどに制振効果は低下し、加振振動数が大幅に変化すると想定される状況下では対応しきれない。
The sloshing damper using the fluid force of the liquid described above has the maximum damping effect near the resonance point of the structure by matching the natural frequency (sloshing resonance frequency) of the additional vibration system with the natural frequency of the structure. Designed to be obtained. In general, however, the vibration frequency varies depending on the situation. For example, the frequency of earthquakes is not always the same.
For this reason, the vibration suppression effect decreases as the vibration frequency moves away from the vicinity of the structure resonance point, and cannot be handled under the situation where the vibration frequency is assumed to change significantly.
一方、前記特許文献1、非特許文献1に記載されるように、液体として磁性流体を使用し、電磁力により容器内の磁性液体の動きを制御するものも知られている。
磁性流体の動きを制御すれば、制振効果のある程度の向上は期待できるものの、上記特許文献1、非特許文献2に記載されるように磁性流体の動きを制御しても、付加振動系のスロッシング共振周波数は変わらず、加振振動数が大幅に変化する状況下では対応できない。
そこで、変化する加振振動数に対し、付加振動系の固有振動数も追随する形で同調させる固有振動数可変型の制振装置が望まれる。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は付加振動系に磁性流体を用いた制振方法および装置において、付加振動系の固有振動数を加振周波数に追従させて制御できるようにし、加振周波数が変化する状況下でも効果的な制振を行うことができる制振方法および装置を提供することである。
On the other hand, as described in
Although the vibration control effect can be expected to be improved to some extent by controlling the movement of the magnetic fluid, even if the movement of the magnetic fluid is controlled as described in
Therefore, it is desired to have a variable natural frequency damping device that can be tuned in such a manner that the natural frequency of the additional vibration system follows the changing vibration frequency.
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to follow the natural frequency of the additional vibration system to the excitation frequency in a vibration damping method and apparatus using magnetic fluid for the additional vibration system. It is an object of the present invention to provide a vibration damping method and apparatus capable of performing control and performing effective vibration damping even under a situation where the excitation frequency changes.
本発明は、付加振動系に流体を用いた流体式制振装置において、固有振動数可変型の制振技術を実現する。
流体式制振装置の場合、流体のスロッシング現象が付加振動系としての振動に当たる。 この時、スロッシング現象の性質から、容器内の流体は、上部の実際に振動する有効質量の部分と、それ以外の下部の実際には振動を行わない無効質量部分に分かれる。ある振動系の固有振動数は振動系の質量およびバネ定数に依存するので、この有効質量部分と無効質量部分を制御する事が出来れば、流体のスロッシング現象における固有振動数(スロッシング共振周波数)を制御する事が出来る。
本発明では、容器内の流体として、電気粘性流体より、より安定な磁性流体を用いる。磁性流体は磁場の印加により、流体が磁気力を受け引きつけられるように振舞う機能性流体である。
容器外に電磁石を用意して磁場を印加すれば、容器内の磁性流体は磁場強度に応じて引きつけられて固定され、任意の質量が強制的に無効質量化する。これにより、付加振動系としての磁性流体のスロッシング共振周波数を制御し、構造物に与えられる加振力の加振振動数に、付加振動系の固有振動数を同調させる事が可能となる。
The present invention realizes a variable natural frequency damping technology in a fluid damping device using a fluid in an additional vibration system.
In the case of the fluid type vibration damping device, the sloshing phenomenon of the fluid hits the vibration as the additional vibration system. At this time, due to the nature of the sloshing phenomenon, the fluid in the container is divided into an effective mass portion that actually vibrates in the upper portion and an ineffective mass portion that does not actually vibrate in the other lower portions. Since the natural frequency of a certain vibration system depends on the mass and spring constant of the vibration system, the natural frequency (sloshing resonance frequency) in the sloshing phenomenon of fluid can be determined if this effective mass part and ineffective mass part can be controlled. Can be controlled.
In the present invention, a magnetic fluid that is more stable than an electrorheological fluid is used as the fluid in the container. A magnetic fluid is a functional fluid that behaves so that a fluid is attracted and attracted by application of a magnetic field.
If an electromagnet is prepared outside the container and a magnetic field is applied, the magnetic fluid in the container is attracted and fixed according to the magnetic field strength, and any mass is forcibly converted into an invalid mass. As a result, the sloshing resonance frequency of the magnetic fluid as the additional vibration system can be controlled, and the natural frequency of the additional vibration system can be synchronized with the vibration frequency of the vibration force applied to the structure.
以上に基づき本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
(1)制振対象となる構造物に、磁性流体を収納した容器を取り付け、該流体の液面が振動方向に対して略平行になるようにする。そして、磁性流体に磁場を印加して、当該流体に振動が加えられたときスロッシングする有効質量部分と、スロッシングしにくい無効質量部分を形成し、上記磁場の大きさもしくは磁場を印加する範囲を制御することにより、上記無効質量部分の大きさを制御し、上記磁性流体のスロッシング共振周波数を上記振動周波数に対応した値に設定し上記構造物の制振を行う。
(2)磁性を示す流体を収納した上記容器を構造体に複数設け、上記検出手段により検出された振動周波数に応じて、各容器に設けられた磁力印加手段を制御する。
Based on the above, the present invention solves the above problems as follows.
(1) A container containing a magnetic fluid is attached to a structure to be damped so that the liquid level of the fluid is substantially parallel to the vibration direction. Then, when a magnetic field is applied to the magnetic fluid, an effective mass portion that sloshing when vibration is applied to the fluid and an ineffective mass portion that is difficult to sloshing are formed, and the magnitude of the magnetic field or the range in which the magnetic field is applied is controlled. By doing so, the size of the ineffective mass portion is controlled, the sloshing resonance frequency of the magnetic fluid is set to a value corresponding to the vibration frequency, and the structure is damped.
(2) A plurality of the above-mentioned containers containing magnetic fluid are provided in the structure, and the magnetic force applying means provided in each container is controlled according to the vibration frequency detected by the detecting means.
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)磁性流体に磁場を印加して、磁性流体の無効質量部分の大きさを制御し、上記磁性流体のスロッシング共振周波数を上記振動周波数に対応した値に設定できるようにしたので、構造物に与えられる加振振動数に、付加振動系の固有振動数を同調させる事ができ、振動周波数が不定な環境に配置される構造物に加わる加振振動数が不定な環境においても、効果的に構造物の制振を行うことができる。
また、流体式制振装置としてのメリットを兼ねているので、機械摩擦が少なく微小振動に対しても有効である。さらに、磁石により磁場を制御しているので、機械摩擦が生じず、滑らかな可変が可能となる。
(2)磁性流体が磁場によって補足されるので、微少重力環境である宇宙空間での制振装置への応用が可能である。
(3)磁性を示す流体を収納した上記容器を構造体に複数設け、検出された振動周波数に応じて、各容器の収納された磁性流体へ印加する磁場を制御することにより、比較的大型の構造物の制振も可能である。
また、磁性流体の収納量が異なる容器を構造体に複数設け、各磁性流体のスロッシング共振周波数の可変範囲を異ならせることにより、付加振動系の固有周波数の可変範囲を広げることができ、加振周波数が広範囲に変化する場合にも対応することができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) A magnetic field is applied to the magnetic fluid to control the size of the ineffective mass portion of the magnetic fluid so that the sloshing resonance frequency of the magnetic fluid can be set to a value corresponding to the vibration frequency. The natural frequency of the additional vibration system can be tuned to the vibration frequency given to the filter, which is effective even in an environment where the vibration frequency applied to the structure placed in an environment where the vibration frequency is undefined The structure can be damped.
Moreover, since it also has the merit as a fluid type vibration damping device, there is little mechanical friction and it is effective also for minute vibration. Furthermore, since the magnetic field is controlled by the magnet, mechanical friction does not occur and smooth variable is possible.
(2) Since the magnetic fluid is supplemented by a magnetic field, the magnetic fluid can be applied to a vibration control device in outer space which is a microgravity environment.
(3) By providing a plurality of the above-described containers containing magnetic fluids in the structure and controlling the magnetic field applied to the magnetic fluid stored in each container according to the detected vibration frequency, Damping of structures is also possible.
In addition, by providing multiple containers with different magnetic fluid storage capacities in the structure and varying the variable range of the sloshing resonance frequency of each magnetic fluid, it is possible to widen the variable range of the natural frequency of the additional vibration system. A case where the frequency changes in a wide range can be dealt with.
図1は本発明の第1の実施例の制振装置の構成を示す図、図2はその機能構成を示すブロック図である。
図1において、1は被制振体(構造物)であり、被制振体1の上には磁性流体2を収納した容器3が取り付けられている。被制振体1に外部から加振力が加わり被制振体1が振動すると、容器3内の磁性流体2は容器内の磁性流体に流動が生ずる(この現象をスロッシングするという)。
容器3の下側には電磁石4が取り付けられており、電磁石4に流れる電流は電流制御部12により制御される。
被制振体1の振動は変位計5により検出され、制御部11に与えられる。制御部11は、上記変位計5の出力から制振体1の振動周波数を求め、振動周波数に応じて上記電流制御部12により電磁石4に流れる電流を制御して、磁性流体2に印加する磁場の強さを制御する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vibration damping device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration thereof.
In FIG. 1,
An electromagnet 4 is attached to the lower side of the
The vibration of the controlled
磁性流体2に磁場を印加することにより、前記したように容器3内の磁性流体2は磁場強度に応じて引きつけられて固定され、磁場の強さに応じて一部が強制的に無効質量化され、磁性流体2、容器3等から構成される付加振動系10のスロッシング共振周波数が変わる。
上記付加振動系10のスロッシング共振周波数を変位計5により検出される被制振体1の振動数に同調させることにより、被制振体1の振動を消去あるいは低減化させることができる。
なお、本発明では磁場を磁性流体2に印加してそのスロッシング周波数を被制振体の固有振動数に同調させて制振を行っているので、磁場の強さは一定の値でよく、前記特許文献1、非特許文献1に記載されるように被制振体の動きに応じて随時磁場の強さを変動させる必要はない。
上記制御部11は、図1に示すように例えばCPU7とインタフェース部7a、7bとメモリ8から構成され、メモリ8には上記付加振動系10を制御するためのプログラムやデータが格納され、上記制御部11における付加振動系10の制御処理はCPU7により実行されるソフトウェアにより実現することができる。
By applying a magnetic field to the
By tuning the sloshing resonance frequency of the
In the present invention, since the magnetic field is applied to the
As shown in FIG. 1, the
図2は第1の実施例の制振装置の機能構成を示すブロック図である。
同図において、変位計5により検出された被制振体(構造物)1の振動が制御部11に入力される。制御部11のフーリエ解析部11aは、変位計5により検出された被制振体1の振動をフーリエ解析し、周波数成分f1,f2,…と、その振幅a1,a2,…を求める。
制振周波数選択部11bは、フーリエ解析部11aで求めた周期数と振幅に基づき、付加振動系のスロッシング共振周波数(以下制振周波数ともいう)fkを決定する。例えばフーリエ解析部11aで求めた周波数成分の内、振幅が最も大きい周波数を制振周波数fkとする。
周波数−磁場変換テーブル11cには、予め実験などにより求めた、磁性流体に印加する磁場の大きさに対する付加振動系のスロッシング共振周波数が格納されており、上記テーブル11cを参照することにより、例えば図3に示すように制振周波数fkに対応する磁場の強度を求めることができる。
磁場演算部11dは上記テーブル11cを参照して、付加振動系のスロッシング共振周波数が上記制振周波数fkになるような磁場の強さBを求め、電流制御部12に出力する。
電流制御部12は電磁石4に流れる電流を制御して、磁性流体2に印加される磁場の強さが上記Bになるように制御する。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the vibration damping device of the first embodiment.
In the figure, the vibration of the controlled body (structure) 1 detected by the
The damping
The frequency-magnetic field conversion table 11c stores the sloshing resonance frequency of the additional vibration system with respect to the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic fluid, which is obtained in advance through experiments or the like. By referring to the table 11c, for example, FIG. As shown in FIG. 3, the strength of the magnetic field corresponding to the damping frequency fk can be obtained.
The magnetic
The
上記実施例では、被制振体の振動を検出する手段として変位計5を用いる例を示したが、変位計5に変えて加速度計を用いることもでき、要は被制振体の振動を検出することができる計測手段であればどのような検出手段を用いてもよい。
また、上記実施例では電磁石4を容器の下側に取り付け、電磁石4に印加する磁場の強さを制御する場合について説明したが、例えば図4に示すように構成することもできる。 図4(a)は上記のように容器3の下側に電磁石4を取り付けた場合であるが、図4(b)に示すように容器3の上側に電磁石4を取り付けてもよい。後述するように電磁石4を下側に取り付けた場合には磁場を強くするに従いスロッシング共振周波数は上がるが、電磁石4を上側に取り付けると、磁場の強さを強くするに従いスロッシング共振周波数は下がる。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the case where the electromagnet 4 is attached to the lower side of the container and the strength of the magnetic field applied to the electromagnet 4 is controlled has been described. However, for example, a configuration as shown in FIG. FIG. 4A shows the case where the electromagnet 4 is attached to the lower side of the
図4(c)は複数の電磁石4を容器3の下側に設けた場合を示しており、同図に示すように容器に複数の電磁石A,B,Cを取り付けて、電磁石A,B,Cに選択的に電流を流して、磁場を加える範囲を変えても同様にスロッシング共振周波数を変化させることができる。
例えば、電磁石Aのみに電流を流して電磁石Aのみにより磁場を印加したり、電磁石A,Bに電流を流して電磁石A,Bにより磁場を印加したり、全ての電磁石A,B,Cに電流を流して磁場を印加するなど、磁場を印加する領域の大きさを段階的に変えるようにする。さらに上記において、電磁石A,B,Cに流す電流の大きさを変えてもよい。
FIG. 4 (c) shows a case where a plurality of electromagnets 4 are provided on the lower side of the
For example, a current is applied only to the electromagnet A and a magnetic field is applied only by the electromagnet A, a current is applied to the electromagnets A and B, and a magnetic field is applied by the electromagnets A and B, or a current is applied to all the electromagnets A, B, and C. The size of the region to which the magnetic field is applied is changed stepwise, such as by applying a magnetic field. Furthermore, in the above, the magnitude of the current flowing through the electromagnets A, B, and C may be changed.
上記例は、地球上などの重力場の作用する場所における設置例であるが、例えば微少重力環境である宇宙空間等で用いる場合には、図5に示すように付加振動系を設置することができる。
地球上など重力が働く場所で使用する場合には、図4(a)〜(c)に示したように、磁性流体の液面は重力の作用する方向に対して直交する面となり、付加振動系による制振機能は同図に示すように磁性流体の液面に対してほぼ水平方向の振動に対してしか働かない。
これに対し、微少重力環境である宇宙空間では磁性流体が磁場により捕捉されるので、図5のような配置も可能である。すなわち、同図に示すように、制振体1の側面に電磁石と磁性流体を収納した容器を取り付け、上下方向に振動に対して、制振効果を得るようにすることもできる。
The above example is an installation example in a place where a gravitational field acts on the earth or the like, but when used in a space such as a microgravity environment, an additional vibration system may be installed as shown in FIG. it can.
When used in a place where gravity works, such as on the earth, as shown in FIGS. 4A to 4C, the liquid surface of the magnetic fluid becomes a plane orthogonal to the direction in which the gravity acts, and additional vibration is generated. As shown in the figure, the vibration damping function by the system works only for vibrations in the horizontal direction with respect to the liquid surface of the magnetic fluid.
On the other hand, since the magnetic fluid is captured by the magnetic field in the cosmic space which is a microgravity environment, the arrangement shown in FIG. 5 is also possible. That is, as shown in the figure, a container containing an electromagnet and a magnetic fluid can be attached to the side surface of the damping
磁性流体に磁場を印加することによりスロッシング共振周波数が変化することを確認するため、図6に示す実験装置を用いて、磁場の強さに対する付加振動系のスロッシング共振周波数の変化を調べた。
実験装置は図6(a)に示すように、基台24の上に振動台22を設け、アクチュエータ23により加振される振動台22に、磁性流体25を収納した容器21を取り付け、容器21の上または下に磁石26を配置した。
そして、磁石26の大きさを変えることで磁性流体25に印加される磁場の大きさを変化させ、アクチュエータ23により振動台7を加振しながら、レーザ変位計27により磁性流体25の液面の変位を調べた。
具体的には、振動台22の加振周波数を変化させ、磁性流体25の液面の変位を上記レーザ変位計27で検出し、液面の変位が最大となる周波数を検出し、磁性流体25のスロッシング共振周波数を測定した。また、このとき、容器21に与える加振振幅は一律1.5mmとした。
容器21は図6(b)に示すように直方体で、その底面の大きさは300×20mmであり、この容器に磁性流体25を100mの深さになるように入れた。磁性流体はタイホー工業製のフェリコロイドW−40を体積比24%の水で希釈したものを用いた。
In order to confirm that the sloshing resonance frequency is changed by applying a magnetic field to the magnetic fluid, the change of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system with respect to the strength of the magnetic field was examined using the experimental apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 6A, the experimental apparatus is provided with a vibration table 22 on a base 24, and a container 21 containing a
Then, the magnitude of the magnetic field applied to the
Specifically, the excitation frequency of the vibration table 22 is changed, the displacement of the liquid surface of the
The container 21 is a rectangular parallelepiped as shown in FIG. 6B, and the size of the bottom surface is 300 × 20 mm. The
実験結果を図7(a)、図7(b)に示す。図7(a)は磁石26を容器21の下側に配置し、磁場を磁性流体25の下側から印加した場合、図7(b)は磁石26を容器21の上側に配置し、磁性流体25の上側から磁場を印加した場合の結果を示している。
図7(a)(b)において横軸は磁石により磁性流体25に印加される磁場の強度を示し、縦軸はスロッシング共振周波数を示す。
図7(a)から明らかなように、無磁場の状態に比べて磁場を印加することで、スロッシング共振周波数が最大で0.5Hz近くも高くなっている。
また、図7(b)に示すように磁場を磁性流体25の上側から印加した場合には、磁場を印加することにより、無磁場の状態に比べスロッシング共振周波数は低下している。
以上の実験結果から、磁場を磁性流体に印加し、その強度を変えることにより、スロッシング共振周波数を制御できることが確認された。
The experimental results are shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). 7A, when the magnet 26 is disposed on the lower side of the container 21 and a magnetic field is applied from the lower side of the
7A and 7B, the horizontal axis indicates the strength of the magnetic field applied to the
As is clear from FIG. 7A, the sloshing resonance frequency is increased to a maximum of nearly 0.5 Hz by applying a magnetic field as compared with the state without a magnetic field.
In addition, when the magnetic field is applied from above the
From the above experimental results, it was confirmed that the sloshing resonance frequency can be controlled by applying a magnetic field to the magnetic fluid and changing its strength.
図8は比較的大型の被制振体(構造物)に本発明を適用した場合の本発明の第2の実施例を示す図である。
被制振体が比較的大型の場合には、図7に示すように磁性流体を収納した容器と電磁石などから構成される付加振動系10を被制振体1に分散配置して複数設置するのが望ましい。
図8はスロッシング共振周波数の変動範囲が等しい付加振動系10を被制振体1に3組設けた場合を示している。制御部11の機能構成は前記図2に示したものと同じであり、制御部11の出力により電流制御部12a,12b,12cを制御して上記付加振動系10に設けられた電磁石による磁場の強さを並列に制御する。
このように構成すれば、被制振体1が比較的大型であっても、被制振体1の振動を消去あるいは低減化させることができる。また、被制振体1に付加振動系を分散配置しているので、被制振体1に加わる付加振動系の荷重を分散化することもできる。
FIG. 8 is a view showing a second embodiment of the present invention when the present invention is applied to a relatively large vibration-damped body (structure).
When the vibration-damped body is relatively large, as shown in FIG. 7, a plurality of
FIG. 8 shows a case where three sets of
If comprised in this way, even if the to-
図9はスロッシング共振周波数の変動範囲が異なる複数の付加振動系10a,10b,10cを被制振体1に設けた本発明の第3の実施例の制振装置の構成を示す図である。
各付加振動系10a,10b,10cは、容器の大きさや磁性流体の量などを調整することによりスロッシング共振周波数が異なる値になるように構成されている。各容器内の磁性流体に印加する磁場の強さに応じて各付加振動系10a,10b,10cのスロッシング共振周波数は変化するが、その変動範囲は例えば以下のように設定されている。
・付加振動系10aのスロッシング共振周波数の変動範囲:f1〜f2(f1<f2)
・付加振動系10bのスロッシング共振周波数の変動範囲:f3〜f4(f3<f4)
・付加振動系10cのスロッシング共振周波数の変動範囲:f5〜f6(f5<f6)
・f1<f3≦f2、f3<f5≦f4
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a vibration damping device according to a third embodiment of the present invention in which a plurality of additional vibration systems 10a, 10b, and 10c having different fluctuation ranges of the sloshing resonance frequency are provided in the vibration-damped
Each additional vibration system 10a, 10b, 10c is configured such that the sloshing resonance frequency becomes a different value by adjusting the size of the container, the amount of the magnetic fluid, and the like. Although the sloshing resonance frequency of each additional vibration system 10a, 10b, 10c changes according to the strength of the magnetic field applied to the magnetic fluid in each container, the fluctuation range is set as follows, for example.
The fluctuation range of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system 10a: f1 to f2 (f1 <f2)
The fluctuation range of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system 10b: f3 to f4 (f3 <f4)
The fluctuation range of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system 10c: f5 to f6 (f5 <f6)
・ F1 <f3 ≦ f2, f3 <f5 ≦ f4
すなわち、上記付加振動系10a,10b,10cの電磁石4を選択的に励磁し、その磁場の強さを所定の値とすることにより、付加振動系10a,10b,または10cのスロッシング共振周波数をf1〜f6内の任意の周波数に同調させることができる。
変位計5により被制振体1の振動数が検出されると、制御部11は検出された振動数に応じて、電流制御部12a,12b,12c介して付加振動系10a〜10cのいずれかの電磁石を励磁して磁性流体に磁場を印加し、付加振動系10a〜10cのスロッシング共振周波数が上記振動数に同調するように制御する。
これにより、加振周波数が上記付加振動系10a〜10cのスロッシング周波数の変動範囲f1〜f6であれば、被制振体1の振動を消去あるいは低減化させることができる。
That is, by selectively exciting the electromagnet 4 of the additional vibration system 10a, 10b, 10c and setting the strength of the magnetic field to a predetermined value, the sloshing resonance frequency of the additional vibration system 10a, 10b, or 10c is f1. Can be tuned to any frequency within ~ f6.
When the
Thereby, if the vibration frequency is within the fluctuation range f1 to f6 of the sloshing frequency of the additional vibration systems 10a to 10c, the vibration of the controlled
図10は、上記第3の実施例の制振装置の機能構成を示すブロック図である。
同図において、変位計5により検出された被制振体(構造物)1の振動が制御部11に入力される。制御部11のフーリエ解析部11aは、変位計5により検出された被制振体1の振動をフーリエ解析し、周波数成分f1,f2,…と、その振幅a1,a2,…を求める。
制振周波数選択部11bは、フーリエ解析部11aで求めた周期数と振幅に基づき、付加振動系の制振周波数fkを決定する。例えば前記したようにフーリエ解析部11aで求めた周波数成分の内、振幅が最も大きい周波数を制振周波数fkとする。
FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of the vibration damping device of the third embodiment.
In the figure, the vibration of the controlled body (structure) 1 detected by the
The damping
周波数−磁場変換テーブル11c−1,11c−2,11c−3には、予め実験などにより求めた磁性流体に印加する磁場の大きさに対する付加振動系のスロッシング共振周波数の対応データが格納されている。例えば図11に示すように、テーブル11c−1にはスロッシング共振周波数をf1−f2の間の任意の値に設定するための磁場の強さが登録され、テーブル11c−2にはスロッシング共振周波数をf3−f4の間の任意の値に設定するための磁場の強さが登録され、テーブル11c−2にはスロッシング共振周波数をf5−f6の間の任意の値に設定するための磁場の強さが登録されている。
磁場演算部11d−1,11d−2,11d−3は、制振周波数であるfkが与えられると、上記周波数−磁場変換テーブル11c−1,11c−2,11c−3を参照して、上記周波数fkが上記テーブルの格納された周波数範囲に入っていると、当該付加振動系の電流制御部に磁場の強さを出力する。
In the frequency-magnetic field conversion tables 11c-1, 11c-2, and 11c-3, correspondence data of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system with respect to the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic fluid obtained in advance by experiments or the like is stored. . For example, as shown in FIG. 11, the magnetic field strength for setting the sloshing resonance frequency to an arbitrary value between f1 and f2 is registered in the table 11c-1, and the sloshing resonance frequency is registered in the table 11c-2. The strength of the magnetic field for setting an arbitrary value between f3-f4 is registered, and the strength of the magnetic field for setting the sloshing resonance frequency to an arbitrary value between f5-f6 is registered in the table 11c-2. Is registered.
When the magnetic
例えば、上記制振周波数fkがf1−f2の範囲内に入っている場合、磁場演算部11d−2は付加振動系10aのスロッシング共振周波数が上記制振周波数fkになるような磁場の強さB1を求め、付加振動系10aの電流制御部12aに出力する。
電流制御部12aは電磁石4に流れる電流を制御して、付加振動系10aの磁性流体2に印加される磁場の強さが上記B1になるように制御する。これにより、付加振動系10aのスロッシング周波数は上記制振周波数fkに同調し、被制振体1の振動が消去もしくは抑制される。
上記実施例では、付加共振系を3組設ける場合について示したが、同調させる周波数範囲に応じて、付加振動系の数を適宜選定すればよく、付加振動系のスロッシング共振周波数の範囲をより広くしたい場合には、スロッシング共振周波数が異なる3組以上の付加共振系を設ければよい。
本実施例のように構成することにより、被制振体に加わる振動周波数が広範囲に変動する場合でも、この周波数に付加振動系のスロッシング共振周波数を同調させることができる。
For example, when the vibration suppression frequency fk is within the range of f1-f2, the magnetic
The
In the above embodiment, three sets of additional resonance systems are provided. However, the number of additional vibration systems may be appropriately selected according to the frequency range to be tuned, and the range of the sloshing resonance frequency of the additional vibration system can be broadened. If desired, three or more additional resonance systems having different sloshing resonance frequencies may be provided.
By configuring as in the present embodiment, even when the vibration frequency applied to the controlled body varies over a wide range, the sloshing resonance frequency of the additional vibration system can be tuned to this frequency.
図12は本発明の制振装置の具体的な構成例を示す図であり、同図(a)は電磁石4を磁性流体2の下側に設けた場合、同図(b)は電磁石4を磁性流体2の上側に設けた場合の構成例を示している。
同図に示すように、円筒形の容器3内に磁性流体2が収納され、磁性流体2の下側、もしくは上側に電磁石4が設けられている。また、容器の下側には、コンピュータセンタ30が設けられ、コンピュータセンタ30内に上記変位計5、制御部11、電流制御部12などが格納される。
上記構成とすることにより、制振装置をコンパクトに構成することができ、また、容器が円筒形であるので、振動方向に係わらず同様な制振効果を得ることができる。
FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration example of the vibration damping device of the present invention. FIG. 12A shows the case where the electromagnet 4 is provided below the
As shown in the figure, a
By setting it as the said structure, a damping device can be comprised compactly, and since the container is cylindrical, the same damping effect can be acquired irrespective of a vibration direction.
図13は本発明の制振装置の適用例を示す図である。
同図(a)は本発明の制振装置を歩道橋の制振に適用した場合を示し、同図では3組の制振装置を歩道橋に設置した場合を示している。
歩道橋のように比較的大型の構造物の場合には、同図に示すように複数の制振装置を設置し、前記図8で説明したように制御することで、効果的に歩道橋に加わる振動を消去もしくは抑制することができる。
同図(b)は送電鉄塔等の鉄塔に本発明の制振装置を設置した場合を示し、同図に示すように鉄塔頂部近傍に、本発明の制振装置を設置することにより、地震や風等による鉄塔のゆれを消去もしくは抑制することができる。
同図(c)は振動に対して敏感な計測器を載せたり、振動に対して影響され易い微細な加工をするための作業テーブルに本発明の制振装置を設置した場合を示している。同図にら示すように、作業台に本発明の制振装置を設置することにより、外力等による作業台の振動を消去、抑制することができる。
なお、図8、図9、図13では電磁石を磁性流体の下側に配置した場合について示したが、電磁石を前記したように磁性流体の上側に設けてもよい。
FIG. 13 is a diagram showing an application example of the vibration damping device of the present invention.
FIG. 2A shows a case where the vibration damping device of the present invention is applied to vibration suppression of a pedestrian bridge, and FIG. 3 shows a case where three sets of vibration damping devices are installed on the pedestrian bridge.
In the case of a relatively large structure such as a pedestrian bridge, vibrations that are effectively applied to the pedestrian bridge by installing a plurality of vibration control devices as shown in FIG. Can be erased or suppressed.
FIG. 2B shows a case where the vibration damping device of the present invention is installed on a steel tower such as a power transmission tower. By installing the vibration damping device of the present invention near the top of the steel tower as shown in FIG. It is possible to eliminate or suppress the shaking of the steel tower due to wind or the like.
FIG. 5C shows a case where the vibration damping device of the present invention is installed on a work table for mounting a measuring instrument sensitive to vibration or performing fine processing that is easily affected by vibration. As shown in the figure, by installing the vibration damping device of the present invention on a workbench, vibrations of the workbench due to external force or the like can be eliminated and suppressed.
Although FIGS. 8, 9, and 13 show the case where the electromagnet is disposed below the magnetic fluid, the electromagnet may be provided above the magnetic fluid as described above.
1 被制振体(構造物)
2 磁性流体
3 容器
4 電磁石
5 変位計
6 CPU
7a,7b インタフェース
8 メモリ
10 付加振動系
11 制御部
11a フーリエ解析部
11b 制振周波数選択部
11c 制振周波数−磁場変換テーブル
11d 磁場演算部
12 電流制御部
1 Damped body (structure)
2
7a,
Claims (3)
上記構造物に、磁性を示す流体を収納した容器を取り付け、該流体の液面が振動方向に対してほぼ平行になるようにし、
上記磁性を示す流体に磁場を印加して、当該流体に振動が加えられたときスロッシングする有効質量部分と、スロッシングしにくい無効質量部分を形成し
上記磁場の大きさもしくは磁場を印加する範囲を制御することにより、上記無効質量部分の大きさを制御し、上記磁性を示す流体のスロッシング共振周波数を上記振動周波数に対応した値に設定し上記構造物の制振を行う
ことを特徴とするスロッシング共振周波数可変型制振方法。 A vibration damping method for a structure placed in an environment where the vibration frequency is indefinite,
Attach a container containing magnetic fluid to the above structure so that the fluid level is substantially parallel to the vibration direction,
Applying a magnetic field to the fluid showing the magnetism to form an effective mass part that sloshing when vibration is applied to the fluid and an ineffective mass part that is difficult to sloshing to control the magnitude of the magnetic field or the range in which the magnetic field is applied By controlling the size of the ineffective mass portion, the sloshing resonance of the fluid is controlled by setting the sloshing resonance frequency of the fluid exhibiting magnetism to a value corresponding to the vibration frequency. Frequency variable vibration control method.
上記構造物に取り付けられ、液面が振動方向に対してほぼ平行になるように磁性体を示す流体を収納した容器と
上記構造物に加わる振動周波数を検出する検出手段と、
上記磁性体を含む流体に磁場を印加し、当該流体に、振動が加えられたときスロッシングする有効質量部分と、スロッシングしない無効質量部分を形成する磁場印加手段と、
上記検出手段により検出された振動周波数に応じて、上記磁場印加手段により印加する磁場の大きさもしくは磁場を印加する範囲を制御することにより、上記流体の上記無効質量部分の大きさを制御し、上記磁性体を含む流体のスロッシング共振周波数が上記振動周波数に対応した値になるように設定する制御手段とを備えた
ことを特徴とする固有振動数可変型制振制御装置。 A vibration suppression control device that suppresses a structure disposed in an environment with an indefinite vibration frequency,
A container that is attached to the structure and contains a fluid representing a magnetic body so that the liquid level is substantially parallel to the vibration direction; and a detection means that detects a vibration frequency applied to the structure;
A magnetic field applying means for applying a magnetic field to the fluid containing the magnetic material, and forming an effective mass portion that sloshing when vibration is applied to the fluid, and an ineffective mass portion that does not sloshing;
By controlling the magnitude of the magnetic field applied by the magnetic field applying means or the range of applying the magnetic field according to the vibration frequency detected by the detecting means, the size of the ineffective mass portion of the fluid is controlled, And a control means for setting the sloshing resonance frequency of the fluid containing the magnetic material to a value corresponding to the vibration frequency.
上記検出手段により検出された振動周波数に応じて、各容器に設けられた磁力印加手段を制御する
ことを特徴とする請求項2の固有振動数可変型制振制御装置。
A plurality of the above-mentioned containers containing a fluid exhibiting magnetism are provided in the structure,
3. The natural frequency variable vibration damping control device according to claim 2, wherein magnetic force applying means provided in each container is controlled in accordance with the vibration frequency detected by the detecting means.
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