JP2008202371A - 建物の能動型制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的で、安価に、建物周囲を車両が通過することに起因する建物の振動に対して制振効果を発揮できる建物の能動型制振装置を提供する。
【解決手段】建物２の上階に、建物２に対して相対移動可能に弾性支持された質量部材２０と、建物２に取り付けられ、建物２に対して質量部材２０を移動させるアクチュエータ４０と、建物２より小型であって、建物２のうち質量部材２０の取付階よりも階下に取り付けられ、建物２の固有振動数Ｆｘ、Ｆｙに一致する固有振動数を有する被検出体５０と、被検出体５０の振動を検出する第一検出器６０と、第一検出器６０による検出振動に基づいてアクチュエータを制御する制御部８０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の能動型制振装置に関するものである。

従来の建物の能動型制振装置として、例えば、特開昭６３−７８９７４号公報（特許文献１）、特開昭６２−２６８４７８号公報（特許文献２）、特開昭６３−２８０１５９号公報（特許文献３）、特開平９−２５６６７５号公報（特許文献４）に記載されたものがある。

特許文献１に記載の建物の能動型制振装置は、質量部材を例えば建物の頂部に設置し、地動センサによる検出に基づいて質量部材を能動的に移動させることが記載されている。また、特許文献２に記載の建物の能動型制振装置は、震源に近い地震計の計測結果に基づき、加速度計測、周波数特性分析を行い、建物の振動性状、変位などの予測計算を行う。そして、この予測計算結果に基づいて建物の頂部に設置された質量部材を能動的に移動させる。その後、建物内に設置された振動センサによりフィードバックして修正が行われることが記載されている。

また、特許文献３および４に記載の建物の能動型制振装置は、建物の頂部に設置されたセンサの検出に基づいて、建物の頂部に設置された質量部材を能動的に移動させる。
特開昭６３−７８９７４号公報 特開昭６２−２６８４７８号公報 特開昭６３−２８０１５９号公報 特開平９−２５６６７５号公報

ところで、建物の振動としては、地震の他に、建物周囲を車両などが通過することに起因する振動がある。しかし、特許文献１および２に記載の建物の能動型制振装置においては、地動センサを用いて質量部材を移動させるため、地震に対しては適用できるが、車両などの通過に起因する振動に対しては、適用することができない。

ただし、特許文献３および４に記載の建物の能動型制振装置においては、センサが検出する振動であれば適用できるため、地震に限られることなく、車両などの通過に起因する振動に対しても、建物が振動する限り適用できると考える。

ここで、質量部材は、より効果的に制振効果を発揮するために、建物の例えば頂部などの高い部位に設置されることが求められる。そして、特許文献３および４に記載の建物の能動型制振装置によれば、センサは、質量部材が支持される位置付近に設置されている。つまり、センサも、質量部材と同様に建物の上階に設置されることになる。確かに、質量部材の移動を制御するためには、その付近の振動を検出してから制御する方が高精度となる。しかし、センサが設置されている建物の頂部が振動するまでには、建物が振動を開始してから時間を要する。特に、建物周囲を車両などの通過することに起因する振動の場合、建物の振動時間が非常に短く、さらに、その短時間経過後に、後続車両などの通過に起因する振動が発生することがある。しかし、このような振動に対しては、建物の頂部に設置されるセンサにより検出してから質量部材を能動的に移動させたとしても、制振効果を発揮できない。従って、このような振動に対して能動的に制振するためには、より早期に建物が振動することを検出することが望まれる。

また、地震に対しては、特許文献１または２に記載の建物の能動型制振装置などにより、地震計や高度な計算機などの設備を用いて建物を能動的に制振することが可能であるが、非常に高価となる。そこで、より簡易的に安価に設置でき、地震による振動を早期に検出することにより、地震による建物の振動に対して能動的に制振できることも期待されている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、建物周囲を車両が通過することに起因する建物の振動のような短時間の振動に対して制振効果を発揮でき、且つ、地震計や高度な計算機を用いることなく簡易的に安価に地震による建物の振動に対して能動的に制振できる建物の能動型制振装置を提供することを目的とする。

本発明の建物の能動型制振装置は、建物を能動的に制振する建物の能動型制振装置であって、建物の上階に、建物に対して相対移動可能に弾性支持された質量部材と、建物に取り付けられ、建物に対して質量部材を移動させるアクチュエータと、建物より小型であって、建物のうち質量部材の取付階よりも階下に取り付けられ、建物の固有振動数に一致する固有振動数を有する被検出体と、被検出体の振動を検出する第一検出器と、第一検出器による検出振動に基づいてアクチュエータを制御する制御部とを備える。

本発明によれば、被検出体が、建物の固有振動数に一致する固有振動数を有する。そして、この被検出体の振動を第一検出器が検出して、制御部がこの検出振動に基づいてアクチュエータを制御している。つまり、建物の振動状態と実質的に同一の状態で、被検出体が振動する。

さらに、被検出体は、質量部材が弾性支持される取付階よりも階下に取り付けられている。従って、質量部材の取付階が振動するよりも、被検出体が早期に振動を開始する。さらに、被検出体は、建物よりも小型である。従って、被検出体は、建物の振動状態を増幅したような状態で振動することになる。つまり、従来のように建物自体の振動を検出する場合に比べて、検出感度を高めることができる。このように、被検出体は、質量部材の取付階が振動する場合に比べて、より早期に高感度で振動することになる。そして、この被検出体の振動を第一検出器が検出して、制御部がこの検出振動に基づいてアクチュエータを制御している。つまり、本発明によれば、より早期に且つ高精度に質量部材を能動的に移動させることにより、建物を制振することができる。

このように、早期に且つ高精度に質量部材を能動的に移動させることができるので、建物周囲を車両などが通過することに起因する建物の振動に対して、確実に制振効果を発揮できる。また、本発明によれば、被検出体の振動状態は、実質的に建物の振動状態に相当するため、被検出体の振動に基づいてアクチュエータを制御するために行う演算が非常に容易となる。従って、地震計や高度な計算機を用いることなく、簡易的に安価に建物の制振を図ることができる。もちろん、地震による振動に対しても適用できる。

なお、被検出体の振動を検出する第一検出器は、例えば、加速度センサや歪ゲージなどの被検出体に直接取り付ける検出器を用いてもよいし、例えば、レーザー変位計などの被検出体に非接触の検出器を用いてもよい。

ここで、本発明の建物の能動型制振装置において、被検出体は、建物自体に取り付けてもよいが、建物の基礎または建物の地盤に取り付けられるようにするとよりよい。被検出体を建物自体に取り付ける場合には、被検出体は、建物自体が振動を開始した後に振動を開始する。この場合であっても、被検出体の振動は、建物の振動を増幅した振動となるため、建物自体の振動を検出する場合に比べて、被検出体の振動を検出する本発明は、早期に振動を検出できることは上述したとおりである。

これに対して、被検出体を建物の基礎または建物の地盤に取り付ける場合には、建物自体が振動を開始すると同時に、被検出体が振動を開始する。ここで、被検出体の振動は、建物の振動を増幅した振動となる。従って、第一検出器が検出できる最低の振幅に達するまでの時間を考慮すると、第一検出器は、実質的に、建物自体の振動を検出するよりも前に、被検出体の振動を検出できることになる。このように、被検出体を建物の基礎または建物の地盤に取り付けることで、より早期に建物の振動を検出できる。従って、より効果的に建物を制振することができる。

また、本発明の建物の能動型制振装置において、第一検出器が振動を検出した場合に、その後のアクチュエータの制御に際して、以下の第一手段と第二手段がある。

第一手段における本発明の建物の能動型制振装置は、建物のうち質量部材の取付階に取り付けられ、建物の取付階の振動を検出する第二検出器を備え、制御部は、第一検出器による検出振動に基づいてアクチュエータの制御を開始し、第二検出器により振動を検出した後は第二検出器による検出振動に基づいてアクチュエータを制御する。

つまり、アクチュエータの制御開始には第一検出器の検出振動を用い、その後のアクチュエータの制御には第二検出器の検出振動を用いる。つまり、制御部は、制御に用いる検出振動を切り替える。

ここで、アクチュエータの制御を早期に開始するためには、被検出体の振動を検出する第一検出器を用いる必要がある。ただし、その後の継続的な振動に対しては、質量部材を能動的に移動させることによる減衰効果を考慮しながら、質量部材を移動させることが望まれる。そこで、建物の取付階の振動を検出する第二検出器による検出振動を用いることで、質量部材を能動的に移動させることによる減衰効果を考慮しながら、質量部材を移動できる。従って、質量部材の能動的な移動を早期に開始しつつ、その後、確実に建物の振動が減衰するように質量部材を能動的に移動させることができる。

この場合、制御部は、第二検出器による検出振動に基づいてアクチュエータをフィードバック制御するとよい。これにより、建物が振動し始めた後に、確実に、建物を能動的に制振することができる。

また、第二手段における本発明の建物の能動型制振装置は、予め記憶したマップに基づいてアクチュエータを制御する。すなわち、建物の能動型制振装置の制御部は、第一検出器による検出振動の振幅に応じて、アクチュエータを制御した場合における建物の減衰特性を予めマップとして記憶し、第一検出器による検出振動およびマップに基づいて、アクチュエータを制御する。

例えば、マップは、第一検出器により検出される最初の振動の振幅に応じたマップとする。そして、当該振幅は、一方方向への振動を正の値とし、反対方向への振動を負の値とすることで、制御位相を合わせることができる。従って、建物が振動し始め後に、確実に、建物を能動的に制振することができる。また、制御部は、いわゆるマップ制御を行うので、迅速な処理を行うことができ、応答性を高めることができる。さらに、この場合、第一検出器の他に検出器を用いないため、低コスト化を図ることができる。

また、本発明の建物の能動型制振装置において、質量部材は、建物に対して水平方向へ相対移動可能に支持され、アクチュエータは、質量部材を水平方向のうち直交する第一方向および第二方向へ移動させる。被検出体は、第一方向における建物の固有振動数に一致する第一固有振動数を有する第一方向用被検出体と、第二方向における建物の固有振動数に一致する第二固有振動数を有する第二方向用被検出体とを備える。第一検出器は、第一方向用被検出体に取り付けられ第一方向用被検出体の振動を検出する第一方向用検出器と、第二方向用被検出体に取り付けられ第二方向用被検出体の振動を検出する第二方向用検出器とを備える。そして、制御部は、第一方向用検出器および第二方向用検出器による検出振動に基づいてアクチュエータを制御する。

これにより、確実に、建物の水平方向に対する制振効果を発揮できる。また、質量部材の移動方向と、各被検出体の固有振動数の方向と、各第一検出器による振動の検出方向とを一致させることで、制御部が行う演算を容易にできる。従って、演算の高速化を図ることができ、応答性を高めることができる。

この場合、第一方向用被検出体の第一方向の固有振動数は、第一方向用被検出体の第二方向の固有振動数に比べて小さく設定されるようにしてもよい。これにより、第一方向の振動を高精度に且つ確実に検出できる。

また、第二方向用被検出体の第二方向の固有振動数は、第二方向用被検出体の第一方向の固有振動数に比べて小さく設定されるようにしてもよい。これにより、第二方向の振動を高精度に且つ確実に検出できる。

また、第一方向用被検出体と第二方向用被検出体は、一体部材としてもよい。つまり、被検出体が一つであるため、取付性、部品点数の低減により、低コスト化を図ることができる。

本発明の建物の能動型制振装置によれば、建物周囲を車両が通過することに起因する建物の振動のような短時間の振動に対して制振効果を発揮でき、且つ、地震計や高度な計算機を用いることなく簡易的に安価に地震による建物の振動に対して能動的に制振できる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の建物の能動型制振装置１について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、第一実施形態の建物の能動型制振装置１が建物に配置された状態を示す図である。図２は、質量部材２０およびアクチュエータ４０の平面図である。図３は、被検出体５０の斜視図である。図４は、建物の能動型制振装置１を示すブロック図である。図５は、コントローラ８０の処理を示すフローチャートである。ここで、制振対象である建物２は、屋根を有する３階建てであり、３階の天井裏であって屋根下空間である屋根裏部屋を有する建物を例に挙げて説明する。つまり、屋根裏部屋が建物２の最上階に相当する。

図１に示すように、建物の能動型制振装置１は、ベース１０と、質量部材２０と、四個の弾性支持部材３０と、アクチュエータ４０と、被検出体５０と、第一検出器６０と、第二検出器７０と、コントローラ８０とから構成される。

図１および図２に示すように、ベース１０は、水平面１１と、第一垂直面１２と、第二垂直面１３とから構成される。水平面１１は、屋根裏床面３上に配置されている。つまり、水平面１１は屋根裏床面３に平行に取り付けられている。第一垂直面１２は、水平面１１に対して垂直であって、水平方向のうち第一方向Ｘに対して直交するように、水平面１１に立設されている。また、第二垂直面１３は、水平面１１に対して垂直であって、水平方向のうち第一方向Ｘに直交する第二方向Ｙに対して直交するように、水平面１１に立設されている。つまり、ベース１０は、建物２に固定されている。

質量部材２０は、金属製からなり、所定の質量を有している。この質量部材２０は、直方体、具体的には、所定の厚みを有する矩形平板状に形成されている。この質量部材２０の矩形平板状の縦横長さは、ベース１０の水平面１１の縦横長さよりも、それぞれ短い長さに形成されている。そして、質量部材２０は、ベース１０の水平面１１に平行に離隔して配置されている。つまり、質量部材２０は、地面に水平となるように配置されている。さらに、質量部材２０は、第一垂直面１２および第二垂直面１３に対しても、第一方向Ｘおよび第二方向Ｙに離隔して配置されている。

四個の弾性支持部材３０は、それぞれ、積層ゴムからなる。この弾性支持部材３０は、質量部材２０の下面とベース１０の水平面１１との間に配置され、質量部材２０をベース１０に対して弾性支持している。具体的には、弾性支持部材３０の積層の一端側が、質量部材２０の下面の四隅に取り付けられ、他端側が、ベース１０の水平面１１に取り付けられている。従って、質量部材２０は、建物２に対して水平方向に相対移動可能となるように弾性支持されている。

アクチュエータ４０は、ベース１０および質量部材２０に取り付けられ、建物２に対して質量部材２０を水平方向のうち第一方向Ｘおよび第二方向Ｙへ移動させる。このアクチュエータ４０は、第一リニアモータ４１と、第二リニアモータ４２と、第三リニアモータ４３と、第一摺動部材４４と、第二摺動部材４５と、第三摺動部材４６とから構成される。第一リニアモータ４１は、第一垂直面１２に対して駆動軸４１ａを水平方向のうち第一方向Ｘに移動可能となるように、第一垂直面１２に固定されている。第二リニアモータ４２および第三リニアモータ４３は、いずれも、第二垂直面１３に対して駆動軸４２ａ、４３ａを水平方向のうち第二方向Ｙに移動可能となるように、第二垂直面１３に固定されている。

第一摺動部材４４は、質量部材２０の側面のうち第一垂直面１２に対向する面（図２の右面）に取り付けられ、第二方向Ｙに向かって摺動可能とされている。この第一摺動部材４４の端部は、第一リニアモータ４１の駆動軸４１ａの端部にピン結合されている。従って、第一摺動部材４４は、第一リニアモータ４１の駆動軸４１ａに対して、ベース１０の水平面１１に対して垂直軸回りに回転可能となる。

第二摺動部材４５および第三摺動部材４６は、質量部材２０の側面のうち第二垂直面１３に対向する面（図２の下面）に取り付けられ、第一方向Ｘに向かって摺動可能とされている。そして、第二摺動部材４５の端部は、第二リニアモータ４２の駆動軸４２ａの端部にピン結合されている。従って、第二摺動部材４５は、第二リニアモータ４２の駆動軸４２ａに対して、ベース１０の水平面１１に対して垂直軸回りに回転可能となる。また、第三摺動部材４６の端部は、第三リニアモータ４３の駆動軸４３ａの端部にピン結合されている。従って、第三摺動部材４６は、第三リニアモータ４３の駆動軸４３ａに対して、ベース１０の水平面１１に対して垂直軸回りに回転可能となる。

被検出体５０は、第一方向Ｘに振動させる第一被検出体５１と、第二方向Ｙに振動させる第二被検出体５２とから構成される。第一被検出体５１（本発明における「第一方向用被検出体」に相当する）は、図１および図３に示すように、建物２に比べて非常に小型な金属板からなる。そして、第一被検出帯５１は、鉛直方向且つ第二方向Ｙに平行となるように、建物２の基礎４に固定されている。つまり、第一被検出体５１は、第一方向Ｘに揺動するように振動しやすく、且つ、第二方向Ｙには揺動しにくくなるように配置されている。また、第一被検出体５１は、質量部材２０が配置される屋根裏床面３よりも階下に取り付けられている。そして、この第一被検出体５１の第一方向Ｘの固有振動数ｆｘ１は、第一方向Ｘにおける建物２の固有振動数Ｆｘに一致する。一方、第一被検出体５１の第二方向Ｙの固有振動数ｆｙ１は、第一方向Ｘにおける固有振動数ｆｘ１に比べて非常に大きな値である。ここで、第一被検出体５１の第一方向Ｘの固有振動数ｆｘ１が、本発明における「第一固有振動数」に相当する。

つまり、第一被検出体５１の第一方向Ｘへの振動状態は、建物２が第一方向Ｘへ振動する状態と実質的に同一状態となる。従って、地盤５から建物２に振動が伝達される際に、建物２が第一方向Ｘへ振動し始めたと同時に、第一被検出体５１が振動し始める。そして、第一被検出体５１は、建物２に比べて非常に小型である。従って、第一被検出体５１は、建物２の第一方向Ｘへの振動を実質的に増幅した状態で振動する。つまり、建物２が第一方向Ｘへ大きく振動する状態となる前に、第一被検出体５１が大きく振動する状態となる。

第二被検出体５２（本発明における「第二方向用被検出体」に相当する）は、建物２に比べて非常に小型な金属板からなる。そして、鉛直方向且つ第一方向Ｘに平行となるように、建物２の基礎４に固定されている。つまり、第二被検出体５２は、第二方向Ｙに揺動するように振動しやすく、且つ、第一方向Ｘには揺動しにくくなるように配置されている。また、第二被検出体５２は、質量部材２０が配置される屋根裏床面３よりも階下に取り付けられている。そして、この第二被検出体５２の第二方向Ｙの固有振動数ｆｙ２は、第二方向Ｙにおける建物２の固有振動数Ｆｙに一致する。一方、第二被検出体５２の第一方向Ｘの固有振動数ｆｘ２は、第二方向Ｙにおける固有振動数ｆｙ２に比べて非常に大きな値である。ここで、第二被検出体５２の第二方向Ｙの固有振動数ｆｙ２が、本発明における「第二固有振動数」に相当する。

つまり、第二被検出体５２の第二方向Ｙへの振動状態は、建物２が第二方向Ｙへ振動する状態と実質的に同一状態となる。従って、地盤５から建物２に振動が伝達される際に、建物２が第二方向Ｙへ振動し始めたと同時に、第二被検出体５２が振動し始める。そして、第二被検出体５２は、建物２に比べて非常に小型である。従って、第二被検出体５２は、建物２の第二方向Ｙへの振動を実質的に増幅した状態で振動する。つまり、建物２が第二方向Ｙへ大きく振動する状態となる前に、第二被検出体５２が大きく振動する状態となる。

第一検出器６０は、第一方向用検出器６１と、第二方向用検出器６２とから構成される。第一方向用検出器６１は、第一被検出体５１の先端側に取り付けられ、第一方向Ｘの振動を検出する。第二方向用検出器６２は、第二被検出体５２の先端側に取り付けられ、第二方向Ｙの振動を検出する。そして、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２は、例えば、加速度センサなどが用いられる。

第二検出器７０は、建物２の屋根裏床面３に取り付けられ、建物２の屋根裏床面３の振動を検出する。この第二検出器７０は、建物の２の屋根裏床面３の第一方向Ｘおよび第二方向Ｙの振動を検出する。この第二検出器７０は、例えば、加速度センサなどが用いられる。

ここで、第一方向用検出器６１、第二方向用検出器６２、および、第二検出器７０との関係について説明する。上述したように、地盤５から建物２に振動が伝達される際に、第一被検出体５１および第二被検出体５２は、建物２が大きく振動する状態となる前に、大きく振動する状態となる。従って、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２は、第二検出器７０が振動を検出する前に、該当振動を検出する。一方、第二検出器７０は、建物２自体の振動を検出する。従って、質量部材２０を移動させることで建物２の振動が減衰している場合、第二検出器７０は、減衰された現実の振動を検出する。これに対して、質量部材２０の移動により建物２の振動が減衰したとしても、第一被検出体５１および第二被検出体５２の振動は質量部材２０によっては減衰されない。従って、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２は、質量部材２０によって減衰された建物２の現実の振動を検出することはできない。

コントローラ８０（本発明における「制御部」に相当する）は、図４に示すように、第一方向用検出器６１、第二方向用検出器６２、および、第二検出器７０による検出振動に基づいて、アクチュエータ４０を制御する。このコントローラ８０の処理について図５を参照して説明する。

図５に示すように、コントローラ８０は、まず、第一検出器６０（第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２）から検出振動を入力したか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、第一方向用検出器６１が第一被検出体５１の第一方向Ｘへの振動を検出したか、または、第二方向用検出器６２が第二被検出体５２の第二方向Ｙへの振動を検出したか否かを判定する。続いて、第一方向用検出６１および第二方向用検出器６２が、何れも該当振動を検出していない場合には（ステップＳ１１：Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

一方、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２の少なくとも一方が、該当振動を検出した場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、初期制御を開始する（ステップＳ１２）。初期制御とは、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２の検出振動に基づいて、アクチュエータ４０を制御することである。具体的には、第一方向用検出器６１が振動を検出した場合には、当該検出振動に基づいて、コントローラ８０は、第一リニアモータ４１を制御する。そして、第一方向Ｘへ質量部材２０を能動的に移動させて、第一方向Ｘへの建物２の振動を抑制する。また、第二方向用検出器６２が振動を検出した場合には、当該検出振動に基づいて、コントローラ８０は、第二リニアモータ４２および第三リニアモータ４３を制御する。そして、第二方向Ｙへ質量部材２０を能動的に移動させて、第二方向Ｙへの建物２の振動を抑制する。

続いて、第二検出器７０から検出振動を入力したか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、第二検出器７０が振動を検出していない場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、初期制御を継続する。

一方、第二検出器７０が振動を検出した場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、継続的制御を開始する（ステップＳ１４）。継続的制御とは、第二検出器７０の検出振動に基づいて、アクチュエータ４０を制御することである。具体的には、第二検出器７０が第一方向Ｘへの振動を検出した場合には、当該検出振動に基づいて、コントローラ８０は、第一リニアモータ４１をフィードバック制御する。そして、第一方向Ｘへ質量部材２０を能動的に移動させて、第一方向Ｘへの建物２の振動を抑制する。また、第二検出器７０が第二方向Ｙへの振動を検出した場合には、当該検出振動に基づいて、コントローラ８０は、第二リニアモータ４２および第三リニアモータ４３をフィードバック制御する。そして、第二方向Ｙへ質量部材２０を能動的に移動させて、第二方向Ｙへの建物２の振動を抑制する。

続いて、第二検出器７０から検出振動を入力したか否かを再び判定する（ステップＳ１５）。そして、第二検出器７０が振動を検出し続けている場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に戻り、継続的制御を継続する。一方、第二検出器７０が振動を検出しなくなった場合には（ステップＳ１５：Ｎｏ）、処理を終了する。

以上説明した構成からなる建物の能動型制振装置１によれば、第一被検出体５１の第一方向Ｘの固有振動数ｆｘ１を、建物２の第一方向Ｘの固有振動数Ｆｘに一致させている。また、第二被検出体５２の第二方向Ｙの固有振動数ｆｙ２を、建物２の第二方向Ｙの固有振動数Ｆｙに一致させている。従って、第一、第二被検出体５１、５２の振動状態は、建物２の振動状態を増幅したものとなる。これに加えて、第一、第二被検出体５１、５２は、建物２が大きく振動する状態になる前に、大きく振動する状態となる。従って、より早期に且つ高精度に、建物２の振動を検出できる。このような早期且つ高精度な検出振動に基づいて、質量部材２０を能動的に移動させることにより、より制振性能を高めることが出来る。これにより、建物２の周囲を車両などが通過することに起因する建物２の振動に対して、確実に制振効果を発揮できる。もちろん、地震による建物２の振動に対しても、確実に制振効果を発揮できる。そして、非常に簡易的に且つ安価に、建物２の制振を図ることができる。

また、第二検出器７０の検出振動に基づいて、フィードバック制御を行っている。これにより、継続的に建物２の振動に対して、より高精度に制振効果を発揮できる。

＜第一実施形態の変形態様＞
次に、第一実施形態の変形態様について、図６を参照して説明する。図６は、被検出体１５０の斜視図である。ここで、第一実施形態の変形態様における建物の能動型制振装置は、上記第一実施形態の建物の能動型制振装置１に対して、被検出体１５０が相違する。そこで、被検出体１５０のみについて説明し、その他の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

被検出体１５０は、建物２に比べると非常に小型な金属製の四角柱状からなり、鉛直方向に延びるように、建物２の基礎４に固定されている。この被検出体１５０の四個の側面が、第一方向Ｘおよび第二方向Ｙに平行または垂直となるように、基礎４に固定されている。そして、この被検出体１５０の第一方向Ｘの固有振動数ｆｘは、第一方向Ｘにおける建物２の固有振動数Ｆｘに一致する。さらに、被検出体１５０の第二方向Ｙの固有振動数ｆｙは、第二方向Ｙにおける建物２の固有振動数Ｆｙに一致する。つまり、第一実施形態の第一被検出体５１と第二被検出体５２を実質的に一体にしたものである。被検出体１５０を上記のようにした場合にも、第一実施形態と同様の効果を奏する。

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態の建物の能動型制振装置１００について、図７〜図１０を参照して説明する。図７は、建物の能動型制振装置１００を示すブロック図である。図８は、コントローラ１８０の処理を示すフローチャートである。図９は、建物２の減衰特性を示す図である。図１０は、コントローラ１８０が予め記憶するマップである。ここで、第二実施形態における建物の能動型制振装置１００は、上記第一実施形態の建物の能動型制振装置１００に対して、コントローラ１８０が相違するとともに、第二検出器７０を備えない。そこで、コントローラ１８０のみについて説明し、その他の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

コントローラ１８０は、図７に示すように、第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２による検出振動に基づいて、アクチュエータ４０を制御する。このコントローラ１８０は、まず、第一検出器６０（第一方向用検出器６１および第二方向用検出器６２）から新たな検出振動を入力したか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、新たな検出振動とは、現在被検出体５０が振動している振動発生原因に対して、異なる振動発生原因に起因して被検出体５０が振動する場合の検出振動である。つまり、ある車両が建物２の周囲を通過することに起因して建物２が振動した後に、後続車両が建物２の周囲を通過することに起因して建物２が振動した場合には、この後続車両の通過に起因する振動は、新たな検出振動となる。

そして、第一検出器６０から新たな検出振動を入力しない場合には（ステップＳ２１：Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。一方、第一検出器６０から新たな検出振動を入力した場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、マップ制御を開始する（ステップＳ２２）。マップ制御とは、コントローラ１８０が予め記憶したマップに基づいて、アクチュエータ４０を制御する。

ここで、マップについて図９および図１０を参照して詳細に説明する。建物２は、建物２が振動した場合には、建物２自体で減衰する能力を有している。つまり、図９の実線にて示すような建物２自体の減衰特性を有する。このように、建物２が振動し始めてから時間が経過するにつれて、建物２の振動が減衰していく。さらに、建物２が振動し始めた場合にアクチュエータ４０を能動的に制御することにより、建物２の減衰特性は、図９の破線にて示すようになる。つまり、より早期に建物２の振動が減衰する。

このように、建物２自体の減衰特性、および、アクチュエータ４０を能動的に制御した場合における建物２の減衰特性は、振動の大きさ、すなわち初期振幅毎に異なり、それぞれ予め把握することができる。

そこで、図１０に示すように、初期振幅毎に、時間経過に対するアクチュエータ４０の出力に関するマップを予め形成することができる。そして、これらのマップをコントローラ１８０が予め記憶しておく。そして、コントローラ１８０は、第一検出器６０が新たに検出した検出振動の初期振幅に応じて、適切なマップを選択し、その後、選択したマップに基づいてアクチュエータ４０を制御する。

これにより、確実に建物２を能動的に制振することができる。また、マップ制御を行うので、迅速な処理を行うことができ、応答性を高めることができる。第一検出器６０の他に検出器を持ちいらないため、低コスト化を図ることができる。

＜その他＞
なお、上記実施形態においては、被検出体５０、１５０は、建物２の基礎４に固定した。この他に、被検出体５０、１５０は、建物２の地盤５に固定してもよい。ここでいう地盤５とは、建物２の基礎４により囲まれる地盤、または、建物２の基礎４の近傍の地盤である。この場合には、実質的に、被検出体５０、１５０を建物２の基礎４に固定した場合と同等の効果を奏することができる。

また、被検出体５０、１５０は、建物２自体に取り付けるようにしてもよい。このとき、早期に振動を検出するためには、質量部材２０の取付階よりも階下であることが必要となる。ただし、建物２の基礎４または地盤５に被検出体５０、１５０を固定する方が、より早期に振動を検出できる。

第一実施形態の建物の能動型制振装置１が建物に配置された状態を示す図である。 質量部材２０およびアクチュエータ４０の平面図である。 被検出体５０の斜視図である。 建物の能動型制振装置１を示すブロック図である。 コントローラ８０の処理を示すフローチャートである。 第一実施形態の変形態様における被検出体１５０の斜視図である。 建物の能動型制振装置１００を示すブロック図である。 コントローラ１８０の処理を示すフローチャートである。 建物２の減衰特性を示す図である。 コントローラ１８０が予め記憶するマップである。

符号の説明

１：建物の能動型制振装置、 ２：建物、 ３：屋根裏床面、 ４：基礎、 ５：地盤、
１０：ベース、 １１：水平面、 １２：第一垂直面、 １３：第二垂直面、
２０：質量部材、 ３０：弾性支持部材、
４０：アクチュエータ、 ４１：第一リニアモータ、 ４１ａ：駆動軸、
４２：第二リニアモータ、 ４２ａ：駆動軸、
４３：第三リニアモータ、 ４３ａ：駆動軸、
４４：第一摺動部材、 ４５：第二摺動部材、 ４６：第三摺動部材、
５０、１５０：被検出体、 ５１：第一被検出体、 ５２：第二被検出体、
６０：第一検出器、 ６１：第一方向用検出器、 ６２：第二方向用検出器、
７０：第二検出器、
８０、１８０：コントローラ、
Ｘ：第一方向、 Ｙ：第二方向

Claims (9)

1. 建物を能動的に制振する建物の能動型制振装置であって、
   前記建物の上階に、前記建物に対して相対移動可能に弾性支持された質量部材と、
   前記建物に取り付けられ、前記建物に対して前記質量部材を移動させるアクチュエータと、
   前記建物より小型であって、前記建物のうち前記質量部材の取付階よりも階下に取り付けられ、前記建物の固有振動数に一致する固有振動数を有する被検出体と、
   前記被検出体の振動を検出する第一検出器と、
   前記第一検出器による検出振動に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする建物の能動型制振装置。
2. 前記被検出体は、前記建物の基礎または前記建物の地盤に取り付けられる請求項１に記載の建物の能動型制振装置。
3. 前記建物のうち前記質量部材の取付階に取り付けられ、前記建物の前記取付階の振動を検出する第二検出器を備え、
   前記制御部は、前記第一検出器による検出振動に基づいて前記アクチュエータの制御を開始し、前記第二検出器により振動を検出した後は前記第二検出器による検出振動に基づいて前記アクチュエータを制御する請求項１または２に記載の建物の能動型制振装置。
4. 前記制御部は、前記第二検出器による検出振動に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する請求項３に記載の建物の能動型制振装置。
5. 前記制御部は、
   前記第一検出器による検出振動の振幅に応じて、前記アクチュエータを制御した場合における前記建物の減衰特性を予めマップとして記憶し、
   前記第一検出器による検出振動および前記マップに基づいて、前記アクチュエータを制御する請求項１または２に記載の建物の能動型制振装置。
6. 前記質量部材は、前記建物に対して水平方向へ相対移動可能に支持され、
   前記アクチュエータは、前記質量部材を水平方向のうち直交する第一方向および第二方向へ移動させ、
   前記被検出体は、前記第一方向における前記建物の固有振動数に一致する第一固有振動数を有する第一方向用被検出体と、前記第二方向における前記建物の固有振動数に一致する第二固有振動数を有する第二方向用被検出体と、を備え、
   前記第一検出器は、前記第一方向用被検出体に取り付けられ前記第一方向用被検出体の振動を検出する第一方向用検出器と、前記第二方向用被検出体に取り付けられ前記第二方向用被検出体の振動を検出する第二方向用検出器と、を備え、
   前記制御部は、前記第一方向用検出器および前記第二方向用検出器による検出振動に基づいて前記アクチュエータを制御する請求項１〜５の何れか一項に記載の建物の能動型制振装置。
7. 前記第一方向用被検出体の前記第一方向の固有振動数は、前記第一方向用被検出体の前記第二方向の固有振動数に比べて小さく設定される請求項６に記載の建物の能動型制振装置。
8. 前記第二方向用被検出体の前記第二方向の固有振動数は、前記第二方向用被検出体の前記第一方向の固有振動数に比べて小さく設定される請求項６に記載の建物の能動型制振装置。
9. 前記第一方向用被検出体と前記第二方向用被検出体は、一体部材である請求項６に記載の建物の能動型制振装置。

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