JP2015190572A - vibration control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration control device enabling more fine vibration control to be carried out under a low cost.SOLUTION: This invention comprises: a movable mass 20 supported by an object structure in such a manner that it can be reciprocated in a horizontal direction X; a first linear motor 21 and a second linear motor 22 for driving the movable mass 20; a vibration sensor 40 for detecting vibration of the object structure; a linear scale sensor 23 for detecting a relative displacement between the movable mass 20 and the object structure in the horizontal direction X; and a control part 32 for controlling the first linear motor 21 and the second linear motor 22 on the basis of the vibration of the object structure and the relative displacement. The control part 32 comprises a spring element part 323 and an attenuation element part 324 for controlling the first linear motor 21 and the second linear motor 22 in such a way that the movable mass 20 is passively reciprocated under vibration of the object structure so as to restrict vibration of the object structure.

Description

本発明は、風や地震等による対象構造物の振動を低減する制振装置に関する。   The present invention relates to a vibration damping device that reduces vibration of a target structure due to wind, earthquake, or the like.

風や地震等による対象構造物の振動を低減する制振装置としては、いわゆるアクティブ方式の制振装置とパッシブ方式の制振装置が公知である。アクティブ方式の制振装置は、水平方向へ往復動可能に対象構造物に支持される可動マスをアクチュエータの駆動力で往復動させ、それによって対象構造物の振動を抑制するものである(例えば特許文献1を参照)。それに対してパッシブ方式の制振装置は、往復動可能に支持される可動マスと対象構造物との間に、コイルばねや振り子等を用いた機械的なばね要素、及びオイルダンパや粘性体等を用いた機械的な減衰要素を介在させたものである。パッシブ方式の制振装置においては、ばね要素によるばね力及び減衰要素による減衰力が作用する可動マスが対象構造物の振動によって受動的に往復動し、それによって対象構造物の振動が抑制される。   As a vibration damping device that reduces vibration of a target structure due to wind, earthquake, or the like, a so-called active vibration damping device and a passive vibration damping device are known. An active vibration damping device reciprocates a movable mass supported by a target structure so as to be reciprocally movable in a horizontal direction by a driving force of an actuator, thereby suppressing vibration of the target structure (for example, a patent). Reference 1). On the other hand, a passive vibration damping device is a mechanical spring element using a coil spring, a pendulum, etc., an oil damper, a viscous body, etc. between a movable mass supported so as to be able to reciprocate and a target structure. A mechanical damping element is used. In the passive vibration damping device, the movable mass on which the spring force by the spring element and the damping force by the damping element act is passively reciprocated by the vibration of the target structure, thereby suppressing the vibration of the target structure. .

また高層ビル等の建築物においては、風による小さな振動から地震等による大きな振動まで幅広く制振効果が得られる制振装置が要求される。このような制振装置として、アクティブ方式の制振装置と同様の構成のアクティブ機構に、パッシブ方式の制振装置と同様の構成のパッシブ機構を組み合わせたハイブリッド方式の制振装置が公知である(例えば特許文献2を参照)。   In addition, in buildings such as high-rise buildings, a vibration control device that can provide a wide range of vibration control effects from small vibrations caused by wind to large vibrations caused by earthquakes is required. As such a vibration damping device, a hybrid vibration damping device is known in which an active mechanism having the same configuration as the active vibration damping device is combined with a passive mechanism having the same configuration as the passive vibration damping device ( For example, see Patent Document 2).

例えばハイブリッド方式の制振装置は、風による小さな振動に対してはアクティブ方式の制振装置として機能する。つまり可動マスをアクチュエータの駆動力で往復動させ、それによって建築物の振動を抑制する。他方、アクティブ方式では対応しきれない地震等による大きな振動に対しては、ハイブリッド方式の制振装置はパッシブ方式の制振装置として機能する。具体的にはアクチュエータから可動マスへの駆動力伝達が切り離され、機械的なばね要素及び減衰要素が介在した状態で可動マスが往復動可能に建築物に支持された状態となる。   For example, a hybrid vibration damping device functions as an active vibration damping device against small vibrations caused by wind. That is, the movable mass is reciprocated by the driving force of the actuator, thereby suppressing the vibration of the building. On the other hand, the hybrid damping device functions as a passive damping device for large vibrations caused by earthquakes that cannot be handled by the active method. Specifically, transmission of the driving force from the actuator to the movable mass is disconnected, and the movable mass is supported by the building so as to be able to reciprocate in a state where the mechanical spring element and the damping element are interposed.

特開2010−255791号公報JP 2010-255791 A 特開2012−013126号公報JP 2012-013126 A

パッシブ方式の制振装置、及びパッシブ機構を備えるハイブリッド方式の制振装置においては、対象構造物の振動によって可動マスが対象構造物の固有振動数に同調して往復動するように、ばね要素のばね定数を設定する必要がある。しかし対象構造物の固有振動数は、特に免震装置を備えた高層ビル等において、その対象構造物の振動の加速度に応じて変動する場合が多い。そして対象構造物の固有振動数が変動すると、可動マスの往復動が対象構造物の固有振動数に同調しなくなって充分な制振効果が得られない虞が生ずる。   In the passive type vibration damping device and the hybrid type vibration damping device including the passive mechanism, the spring element of the spring element is reciprocated in synchronization with the natural frequency of the target structure by the vibration of the target structure. It is necessary to set the spring constant. However, the natural frequency of the target structure often varies depending on the acceleration of vibration of the target structure, particularly in a high-rise building equipped with a seismic isolation device. If the natural frequency of the target structure fluctuates, the reciprocating motion of the movable mass may not be synchronized with the natural frequency of the target structure, so that a sufficient damping effect may not be obtained.

この場合、例えばばね定数が異なる複数のコイルばねと、可動マスに対する複数のコイルばねの接続を切り換える機構とを設ければ、対象構造物の固有振動数の変動に応じて、ばね要素のばね定数を段階的に変更することができる。しかしこのような構成のばね要素は、対象構造物の固有振動数の変動に応じてばね定数をきめ細かく調整することが困難であるため、対象構造物の固有振動数の変動に応じてばね定数を高精度に設定することができない場合が多い。さらに複数のコイルばねの調整やメンテナンス等も必要になり、それによって制振装置の設置費や管理費等が増加してしまう虞が生ずる。   In this case, for example, if a plurality of coil springs having different spring constants and a mechanism for switching the connection of the plurality of coil springs to the movable mass are provided, the spring constant of the spring element is changed according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure. Can be changed in stages. However, it is difficult for the spring element having such a configuration to finely adjust the spring constant according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure. Therefore, the spring constant is set according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure. In many cases, it cannot be set with high accuracy. Furthermore, adjustment and maintenance of a plurality of coil springs are required, which may increase the installation cost and management cost of the vibration damping device.

パッシブ機構の機械的なばね要素は、例えば振り子で構成することも可能である。この場合、例えば振り子の長さを変更してばね定数を調整可能な構成とすれば、対象構造物の固有振動数の変動に応じてばね要素のばね定数を調整することができる。しかしこのような構成のばね要素は、制振装置の高さ方向の寸法が大幅に大きくなってしまうため、対象構造物の構造によっては制振装置が設置できない虞が生ずる。   The mechanical spring element of the passive mechanism can also be constituted by a pendulum, for example. In this case, for example, if the length of the pendulum is changed so that the spring constant can be adjusted, the spring constant of the spring element can be adjusted according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure. However, in the spring element having such a configuration, since the dimension in the height direction of the vibration damping device is significantly increased, there is a possibility that the vibration damping device cannot be installed depending on the structure of the target structure.

またパッシブ方式の制振装置、及びパッシブ機構を備えるハイブリッド方式の制振装置においては、より高い制振効果を得る上で、機械的な減衰要素の減衰率を対象構造物の振動の加速度に応じて調整するのが望ましい。機械的な減衰要素としてオイルダンパを用いる場合には、例えばオイルダンパに弁やオリフィスを設けて減衰力を段階的に調整可能な構成とすれば、対象構造物の振動の加速度に応じて減衰要素の減衰率を調整することができる。しかしこのような構成の減衰要素は、対象構造物の振動の加速度に応じて減衰率を連続的に調整することができない上、制振装置の大幅なコスト増の要因となる虞がある。   In addition, in a passive vibration damping device and a hybrid vibration damping device including a passive mechanism, in order to obtain a higher vibration damping effect, the attenuation factor of the mechanical damping element depends on the acceleration of the vibration of the target structure. It is desirable to adjust. When an oil damper is used as the mechanical damping element, for example, if the oil damper is provided with a valve or an orifice so that the damping force can be adjusted stepwise, the damping element can be adjusted according to the acceleration of vibration of the target structure. Can be adjusted. However, the damping element having such a configuration cannot continuously adjust the damping rate in accordance with the acceleration of vibration of the target structure, and may cause a significant increase in cost of the vibration damping device.

さらに従来のハイブリッド方式の制振装置においてアクティブ機構は、例えば電動モータの回転軸に取り付けられたボールネジの回転によって可動マスを往復動させる構成になっている。そのため従来のハイブリッド方式の制振装置は、パッシブ機構による制振制御を行うときに可動マスからボールネジを切り離して電動モータの駆動力伝達を遮断するために、クラッチ機構等の切換装置が設けられている。このようなクラッチ機構等の切換装置は、可動マスからボールネジを切り離した後、再度可動マスとボールネジとをスムーズかつ速やかに連結するための機構的な工夫が必要となるため、制振装置のコストを大幅に上昇させてしまう要因となり得る。   Further, in the conventional hybrid vibration damping device, the active mechanism is configured to reciprocate the movable mass by, for example, rotation of a ball screw attached to the rotating shaft of the electric motor. Therefore, a conventional hybrid vibration damping device is provided with a switching device such as a clutch mechanism in order to cut off the ball screw from the movable mass and cut off the driving force transmission of the electric motor when performing vibration damping control by the passive mechanism. Yes. Such a switching mechanism such as a clutch mechanism requires a mechanical device to smoothly and quickly connect the movable mass and the ball screw again after the ball screw is disconnected from the movable mass, so that the cost of the vibration damping device is reduced. Can be a factor that significantly increases

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、よりきめ細かい制振制御が可能な制振装置を低コストで提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a vibration damping device capable of finer vibration damping control at a low cost.

<本発明の第1の態様>
本発明の第1の態様は、水平方向へ往復動可能に対象構造物に支持される可動マスと、前記可動マスを駆動するリニアモータと、前記対象構造物の振動を検出する振動検出装置と、前記水平方向における前記可動マスと前記対象構造物との間の相対変位を検出する相対変位検出装置と、前記対象構造物の振動及び前記相対変位に基づいて前記リニアモータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記対象構造物の振動によって前記可動マスが受動的に往復動することで前記対象構造物の振動が抑制されるように前記リニアモータを制御するパッシブ制御手段を含む、制振装置である。
<First Aspect of the Present Invention>
According to a first aspect of the present invention, there is provided a movable mass that is supported by a target structure so as to be capable of reciprocating in a horizontal direction, a linear motor that drives the movable mass, and a vibration detection device that detects vibration of the target structure. A relative displacement detection device that detects a relative displacement between the movable mass and the target structure in the horizontal direction; and a control device that controls the linear motor based on vibration of the target structure and the relative displacement; The control device comprises passive control means for controlling the linear motor such that vibration of the target structure is suppressed by passively reciprocating the movable mass due to vibration of the target structure. Including a vibration control device.

このように対象構造物の振動によって可動マスが受動的に往復動することで対象構造物の振動が抑制されるようにリニアモータを制御することによって、機械式のパッシブ機構を設けることなく、機械式のパッシブ機構を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる。それによって機械式のパッシブ機構を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。また可動マスの往復動をリニアモータで制御することによって、制振制御の制御定数を連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。   By controlling the linear motor so that the vibration of the target structure is suppressed by passively reciprocating the movable mass due to the vibration of the target structure in this way, the mechanical passive mechanism is not provided. Damping control similar to that of a damping device having a passive type mechanism can be performed. Accordingly, a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of a vibration damping device including a mechanical passive mechanism can be realized at low cost. Further, by controlling the reciprocating motion of the movable mass with a linear motor, the control constant of the vibration damping control can be continuously adjusted, so that finer vibration damping control can be performed.

これにより本発明の第1の態様によれば、よりきめ細かい制振制御が可能な制振装置を低コストで提供できるという作用効果が得られる。   Thereby, according to the 1st aspect of this invention, the effect that the damping device which can perform finer damping control can be provided at low cost is acquired.

<本発明の第2の態様>
本発明の第2の態様は、前述した本発明の第1の態様において、前記パッシブ制御手段は、前記可動マスの可動範囲の中心が釣り合い原点となるばね要素として前記リニアモータが機能するように前記リニアモータを制御する手段を含む、制振装置である。
本発明の第2の態様によれば、コイルばね等で構成された機械式のばね要素をリニアモータの制御によって電気的に実現することによって、機械式のばね要素を設けることなく、機械式のばね要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる。それによって機械式のばね要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。
<Second Aspect of the Present Invention>
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention described above, the passive control means is configured so that the linear motor functions as a spring element whose center of the movable range of the movable mass is a balance origin. A vibration damping device including means for controlling the linear motor.
According to the second aspect of the present invention, a mechanical spring element constituted by a coil spring or the like is electrically realized by control of a linear motor, so that a mechanical spring element is not provided. Damping control similar to that of a damping device including a spring element can be performed. Accordingly, it is possible to realize a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of the vibration damping device including the mechanical spring element at a low cost.

<本発明の第3の態様>
本発明の第3の態様は、前述した本発明の第2の態様において、前記パッシブ制御手段は、前記対象構造物の固有振動数の変動に応じて前記ばね要素のばね定数を調整する手段を含む、制振装置である。
本発明の第3の態様によれば、可動マスの往復動をリニアモータで制御することによって、対象構造物の固有振動数の変動に応じて、ばね要素のばね定数を連続的に調整することができる。つまり対象構造物の固有振動数の変動に応じてばね要素のばね定数をきめ細かく調整することができるので、対象構造物の固有振動数の変動に対して可動マスの往復動を高精度に同調させることができる。それによって可動マスの往復動が対象構造物の固有振動数に同調しなくなって充分な制振効果が得られなくなる虞を低減することができる。
<Third Aspect of the Present Invention>
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention described above, the passive control means includes means for adjusting a spring constant of the spring element in accordance with fluctuations in the natural frequency of the target structure. Including a vibration control device.
According to the third aspect of the present invention, the spring constant of the spring element is continuously adjusted according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure by controlling the reciprocating motion of the movable mass with a linear motor. Can do. In other words, since the spring constant of the spring element can be finely adjusted according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure, the reciprocating motion of the movable mass can be tuned with high accuracy with respect to the fluctuation of the natural frequency of the target structure. be able to. As a result, it is possible to reduce the possibility that the reciprocating motion of the movable mass is not synchronized with the natural frequency of the target structure and a sufficient damping effect cannot be obtained.

<本発明の第4の態様>
本発明の第4の態様は、前述した本発明の第1〜第3の態様のいずれかにおいて、前記パッシブ制御手段は、前記可動マスに減衰力が作用する減衰要素として前記リニアモータが機能するように前記リニアモータを制御する手段を含む、制振装置である。
本発明の第4の態様によれば、オイルダンパ等で構成された機械式の減衰要素をリニアモータの制御によって電気的に実現することによって、機械式の減衰要素を設けることなく、機械式の減衰要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる。それによって機械式の減衰要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。
<Fourth aspect of the present invention>
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention described above, the passive control unit functions as the damping element in which a damping force acts on the movable mass. Thus, there is provided a vibration damping device including means for controlling the linear motor.
According to the fourth aspect of the present invention, a mechanical damping element constituted by an oil damper or the like is electrically realized by the control of the linear motor, so that the mechanical damping element is not provided. Damping control similar to that of a damping device including a damping element can be performed. Accordingly, it is possible to realize a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of the vibration damping device including the mechanical damping element at a low cost.

また本発明の第4の態様によれば、特にばね要素及び減衰要素をいずれもリニアモータの制御によって実現する態様においては、対象構造物と可動マスとの間に介在する機械的な要素が一切不要になる。したがって当該態様においては、対象構造物と可動マスとの間に介在する機械的な要素に起因して可動マスのストローク長(可動マスの可動範囲の長さ)に制約が生ずることがない。それによって可動マスのストローク長を従来の制振装置よりも長くすることができるので、従来の制振装置の可動マスよりも質量の小さい可動マスで同じ力量の制振装置を実現することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, in particular, in the aspect in which both the spring element and the damping element are realized by the control of the linear motor, there is no mechanical element interposed between the target structure and the movable mass. It becomes unnecessary. Therefore, in this aspect, there is no restriction on the stroke length of the movable mass (the length of the movable range of the movable mass) due to a mechanical element interposed between the target structure and the movable mass. As a result, the stroke length of the movable mass can be made longer than that of the conventional vibration damping device, so that it is possible to realize a vibration damping device having the same power with a movable mass having a smaller mass than the movable mass of the conventional vibration damping device. .

<本発明の第5の態様>
本発明の第5の態様は、前述した本発明の第4の態様において、前記パッシブ制御手段は、前記対象構造物の振動の加速度に応じて前記減衰要素の減衰係数を調整する手段を含む、制振装置である。
本発明の第5の態様によれば、可動マスの往復動をリニアモータで制御することによって、対象構造物の振動の加速度に応じて、減衰要素の減衰係数(減衰率)を連続的に調整することができる。つまり対象構造物の振動の加速度に応じて減衰要素の減衰係数をきめ細かく調整することができるので、対象構造物の振動の加速度にかかわらず、常に最適な往復動幅で可動マスを往復動させることができる。それによって対象構造物の振動の加速度にかかわらず、常に高い制振効果を得ることができる。
<Fifth aspect of the present invention>
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention described above, the passive control means includes means for adjusting a damping coefficient of the damping element in accordance with acceleration of vibration of the target structure. It is a vibration control device.
According to the fifth aspect of the present invention, the reciprocating motion of the movable mass is controlled by the linear motor, so that the attenuation coefficient (attenuation rate) of the attenuation element is continuously adjusted according to the acceleration of the vibration of the target structure. can do. In other words, the damping coefficient of the damping element can be finely adjusted according to the vibration acceleration of the target structure, so that the movable mass always reciprocates with the optimum reciprocating width regardless of the vibration acceleration of the target structure. Can do. As a result, a high damping effect can always be obtained regardless of the acceleration of vibration of the target structure.

<本発明の第6の態様>
本発明の第6の態様は、前述した本発明の第4の態様又は第5の態様において、前記リニアモータの可動子を短絡させる可動子短絡装置を備え、前記パッシブ制御手段は、前記リニアモータの可動子短絡によって生ずる制動力を前記減衰力とする手段を含む、制振装置である。
本発明の第6の態様によれば、リニアモータの可動子短絡によって生ずる制動力を減衰力とすることによって、より大きな減衰力を得ることができる。
<Sixth aspect of the present invention>
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect or the fifth aspect of the present invention described above, the sixth aspect includes a mover short-circuit device that short-circuits the mover of the linear motor, and the passive control means includes the linear motor. The vibration damping device includes means for setting the damping force generated by the short circuit of the mover as the damping force.
According to the sixth aspect of the present invention, a larger damping force can be obtained by using the braking force generated by the short circuit of the mover of the linear motor as the damping force.

<本発明の第7の態様>
本発明の第7の態様は、前述した本発明の第1〜第6の態様のいずれかにおいて、複数の前記リニアモータが並設されている、制振装置である。
本発明の第7の態様によれば、可動マスを駆動するリニアモータの数を増減調整することによって制振装置の力量等を調整することができる。したがって本発明の第7の態様によれば、例えば対象構造物の振動の加速度に応じて制振装置の力量等を適切に調整することによって、より高い制振効果を得ることができる。
<Seventh aspect of the present invention>
A seventh aspect of the present invention is the vibration damping device according to any one of the first to sixth aspects of the present invention described above, wherein the plurality of linear motors are arranged in parallel.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to adjust the amount of force and the like of the vibration damping device by increasing or decreasing the number of linear motors that drive the movable mass. Therefore, according to the seventh aspect of the present invention, it is possible to obtain a higher damping effect by appropriately adjusting, for example, the amount of force of the damping device according to the acceleration of vibration of the target structure.

<本発明の第8の態様>
本発明の第8の態様は、前述した本発明の第1〜第7の態様のいずれかにおいて、前記制御装置は、前記可動マスを能動的に往復動させることで前記対象構造物の振動を抑制するように前記リニアモータを制御するアクティブ制御手段と、前記対象構造物の振動の加速度に応じて、前記アクティブ制御手段による制御と前記パッシブ制御手段による制御とを切り替える手段と、を含む、制振装置である。
本発明の第8の態様によれば、可動マスを能動的に往復動させることで対象構造物の振動を抑制する制御、及び対象構造物の振動によって可動マスを受動的に往復動させて対象構造物の振動を抑制する制御がいずれもリニアモータの制御によって行われる。そのため従来のハイブリッド方式の制振装置と同様の機能を実現しつつ、従来のハイブリッド方式の制振装置に設けられていたクラッチ機構等の切換装置が不要となる。それによって風による微少な振動から地震等による大きな振動まで広い範囲の振動に対応できる制振装置を低コストに実現することができる。
<Eighth aspect of the present invention>
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects of the present invention described above, the control device vibrates the target structure by actively reciprocating the movable mass. Active control means for controlling the linear motor to suppress, and means for switching between control by the active control means and control by the passive control means in accordance with acceleration of vibration of the target structure. It is a vibration device.
According to the eighth aspect of the present invention, the control of suppressing vibration of the target structure by actively reciprocating the movable mass, and the target by passively reciprocating the movable mass by the vibration of the target structure. Any control for suppressing the vibration of the structure is performed by the control of the linear motor. Therefore, a switching device such as a clutch mechanism provided in the conventional hybrid vibration damping device is not required while realizing the same function as that of the conventional hybrid vibration damping device. As a result, it is possible to realize a vibration damping device that can cope with a wide range of vibrations, from minute vibrations caused by wind to large vibrations caused by earthquakes, etc.

本発明によれば、よりきめ細かい制振制御が可能な制振装置を低コストで提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the damping device which can perform more detailed damping control can be provided at low cost.

本発明に係る制振装置の全体構成を図示した平面図。The top view which illustrated the whole structure of the damping device which concerns on this invention. 本発明に係る制振装置のモータ制御装置のブロック図。The block diagram of the motor control apparatus of the damping device which concerns on this invention. パッシブ制御モードの制御ブロック図。The control block diagram of passive control mode. 制振制御の手順を図示したフローチャート。The flowchart which illustrated the procedure of damping control. 本発明に係る制振装置の第1変形例を図示した制御ブロック図。The control block diagram which illustrated the 1st modification of the vibration damping device which concerns on this invention. 本発明に係る制振装置の第2変形例を図示した制御ブロック図。The control block diagram which illustrated the 2nd modification of the damping device which concerns on this invention. 本発明に係る制振装置の第3変形例を図示した制御ブロック図。The control block diagram which illustrated the 3rd modification of the damping device which concerns on this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<制振装置の構成>
本発明に係る制振装置100の構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。
図1は、制振装置100の全体構成を図示した平面図である。図2は、制振装置100のモータ制御装置のブロック図である。
<Configuration of vibration control device>
The configuration of the vibration damping device 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a plan view illustrating the overall configuration of the vibration damping device 100. FIG. 2 is a block diagram of the motor control device of the vibration damping device 100.

制振装置100は、高層ビル等の対象構造物(図示せず)の屋上等に設置され、地震や強風等による対象構造物の振動を低減させる装置であり、基礎フレーム10、可動マス20を備える。   The vibration control device 100 is a device that is installed on the roof of a target structure (not shown) such as a high-rise building and reduces vibrations of the target structure due to an earthquake or strong wind. Prepare.

基礎フレーム10は、対象構造物に固定される部分であり、固定子11、ガイド軸12、13、リニアスケール14を含む。固定子11は、後述する第1リニアモータ21、第2リニアモータ22に共通の永久磁石固定子である。より具体的には固定子11は、可動マス20の水平方向Xに沿って永久磁石のN極111と永久磁石のS極112とが交互に多数並べて配置されたものである。ガイド軸12、13は、水平方向Xへ往復動可能に可動マス20を支持する。リニアスケール14は、水平方向Xに沿って設けられており、後述するリニアスケールセンサ23とともに、水平方向Xにおける可動マス20と対象構造物との間の相対変位を検出する「相対変位検出装置」としてのリニアエンコーダを構成する。   The base frame 10 is a portion fixed to the target structure, and includes a stator 11, guide shafts 12 and 13, and a linear scale 14. The stator 11 is a permanent magnet stator common to a first linear motor 21 and a second linear motor 22 which will be described later. More specifically, the stator 11 includes a plurality of permanent magnet N poles 111 and permanent magnet S poles 112 arranged alternately along the horizontal direction X of the movable mass 20. The guide shafts 12 and 13 support the movable mass 20 so as to reciprocate in the horizontal direction X. The linear scale 14 is provided along the horizontal direction X, and together with a linear scale sensor 23 described later, a “relative displacement detection device” that detects a relative displacement between the movable mass 20 and the target structure in the horizontal direction X. As a linear encoder.

可動マス20は、ガイド軸12、13によって水平方向Xへ往復動可能に対象構造物に支持されており、対象構造物の振動を抑制する慣性力を対象構造物に作用させるに充分な重量の構造物である。可動マス20は、第1リニアモータ21、第2リニアモータ22、リニアスケールセンサ23を含む。   The movable mass 20 is supported by the target structure so as to be able to reciprocate in the horizontal direction X by the guide shafts 12 and 13, and has a weight sufficient to cause the inertial force that suppresses vibration of the target structure to act on the target structure. It is a structure. The movable mass 20 includes a first linear motor 21, a second linear motor 22, and a linear scale sensor 23.

第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22は、可動マス20の駆動力源となるリニア同期モータである。より具体的には第1リニアモータ21は、3つの電機子巻線L11〜L13を含み、この3つの電機子巻線L11〜L13と固定子11とで構成される。同様に第2リニアモータ22は、3つの電機子巻線L21〜L23を含み、この3つの電機子巻線L21〜L23と固定子11とで構成される。第1リニアモータ21の電機子巻線L11〜L13、第2リニアモータ22の電機子巻線L21〜L23は、同一形状の鉄心にそれぞれ巻かれて構成されており、同じ太さ及び長さの導線を同じ巻数で巻いて構成された同一構造の電機子巻線である。リニアスケールセンサ23は、リニアスケール14に形成された格子目盛等を検出してパルス信号を出力するセンサである。   The first linear motor 21 and the second linear motor 22 are linear synchronous motors that serve as driving force sources for the movable mass 20. More specifically, the first linear motor 21 includes three armature windings L11 to L13, and includes the three armature windings L11 to L13 and the stator 11. Similarly, the second linear motor 22 includes three armature windings L21 to L23, and includes the three armature windings L21 to L23 and the stator 11. The armature windings L11 to L13 of the first linear motor 21 and the armature windings L21 to L23 of the second linear motor 22 are configured to be wound around the same shape iron core, and have the same thickness and length. It is an armature winding of the same structure constituted by winding a conducting wire with the same number of turns. The linear scale sensor 23 is a sensor that detects a grid scale formed on the linear scale 14 and outputs a pulse signal.

制振装置100のモータ制御装置は、インバータ31、制御部32、第1スイッチ回路33、第2スイッチ回路34、振動センサ40を含む。   The motor control device of the vibration damping device 100 includes an inverter 31, a control unit 32, a first switch circuit 33, a second switch circuit 34, and a vibration sensor 40.

インバータ31は、直流電圧から三相交流のモータ駆動パルスを生成する公知の回路である。インバータ31のU相出力は、電機子巻線L11の一端側に接続されている。インバータ31のV相出力は、電機子巻線L12の一端側に接続されている。インバータ31のW相出力は、電機子巻線L13の一端側に接続されている。   The inverter 31 is a known circuit that generates a three-phase AC motor drive pulse from a DC voltage. The U-phase output of the inverter 31 is connected to one end side of the armature winding L11. The V-phase output of the inverter 31 is connected to one end side of the armature winding L12. The W-phase output of the inverter 31 is connected to one end side of the armature winding L13.

制御部32は、公知のマイコン制御回路であり、対象構造物の振動及び相対変位に基づいて第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御する。より具体的には制御部32は、対象構造物の振動及び相対変位に基づいて第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22の目標速度を設定し、その目標速度とモータ速度との速度偏差に基づいて、インバータ31が出力するモータ駆動パルスのデューティー比を制御する。「振動検出装置」としての振動センサ40は、制振装置100が設置された対象構造物の振動の加速度を検出するセンサである。   The control unit 32 is a known microcomputer control circuit, and controls the first linear motor 21 and the second linear motor 22 based on the vibration and relative displacement of the target structure. More specifically, the control unit 32 sets a target speed of the first linear motor 21 and the second linear motor 22 based on the vibration and relative displacement of the target structure, and sets a speed deviation between the target speed and the motor speed. Based on this, the duty ratio of the motor drive pulse output from the inverter 31 is controlled. The vibration sensor 40 as the “vibration detection device” is a sensor that detects acceleration of vibration of the target structure in which the vibration suppression device 100 is installed.

第1スイッチ回路33は、例えば電磁リレーや半導体リレー(Solid State Relay:SSR)等からなる3つのスイッチSW1〜SW3を含む。スイッチSW1は、インバータ31のU相出力と電機子巻線L21の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW2は、インバータ31のV相出力と電機子巻線L22の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW3は、インバータ31のW相出力と電機子巻線L23の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。   The first switch circuit 33 includes three switches SW1 to SW3 including, for example, an electromagnetic relay, a semiconductor relay (Solid State Relay: SSR), or the like. The switch SW1 is provided so that the connection between the U-phase output of the inverter 31 and one end side of the armature winding L21 can be turned on / off. Switch SW2 is provided so that the connection between the V-phase output of inverter 31 and one end of armature winding L22 can be turned on / off. The switch SW3 is provided so that the connection between the W-phase output of the inverter 31 and one end side of the armature winding L23 can be turned on / off.

第2スイッチ回路34は、例えば電磁リレーや半導体リレー等からなる5つのスイッチSW11〜SW15を含む。スイッチSW11は、電機子巻線L11の他端側と電機子巻線L21の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW12は、電機子巻線L12の他端側と電機子巻線L22の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW13は、電機子巻線L13の他端側と電機子巻線L23の一端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW14は、電機子巻線L11の他端側と電機子巻線L12の他端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。スイッチSW15は、電機子巻線L12の他端側と電機子巻線L13の他端側との接続をオン/オフ可能に設けられている。
尚、電機子巻線L21の他端側と電機子巻線L22の他端側と電機子巻線L23の他端側とは、スイッチを介さずに接続されている。
The second switch circuit 34 includes five switches SW11 to SW15 made of, for example, electromagnetic relays or semiconductor relays. The switch SW11 is provided so that the connection between the other end side of the armature winding L11 and one end side of the armature winding L21 can be turned on / off. The switch SW12 is provided so that connection between the other end side of the armature winding L12 and one end side of the armature winding L22 can be turned on / off. The switch SW13 is provided so that connection between the other end side of the armature winding L13 and one end side of the armature winding L23 can be turned on / off. The switch SW14 is provided so that the connection between the other end side of the armature winding L11 and the other end side of the armature winding L12 can be turned on / off. The switch SW15 is provided so that the connection between the other end side of the armature winding L12 and the other end side of the armature winding L13 can be turned on / off.
The other end side of the armature winding L21, the other end side of the armature winding L22, and the other end side of the armature winding L23 are connected without a switch.

制御部32は、例えば対象構造物の振動の加速度に基づいて、第1リニアモータ21と第2リニアモータ22の電機子巻線の接続を選択的に切り換える。例えば第1スイッチ回路33のスイッチSW1〜SW3をオフとし、第2スイッチ回路34のスイッチSW11〜SW13をオフ、SW14、SW15をオンとすることによって、第1リニアモータ21の電機子巻線だけがインバータ31に接続される。また第1スイッチ回路33のスイッチSW1〜SW3をオフとし、第2スイッチ回路34のスイッチSW11〜SW13をオン、SW14、SW15をオフとすることによって、第1リニアモータ21と第2リニアモータ22の電機子巻線がインバータ31に直列に接続される。他方、第1スイッチ回路33のスイッチSW1〜SW3をオンとし、第2スイッチ回路34のスイッチSW11〜SW13をオフ、SW14、SW15をオンとすることによって、第1リニアモータ21と第2リニアモータ22の電機子巻線がインバータ31に並列に接続される。   The control unit 32 selectively switches the connection of the armature windings of the first linear motor 21 and the second linear motor 22 based on, for example, the acceleration of vibration of the target structure. For example, by turning off the switches SW1 to SW3 of the first switch circuit 33, turning off the switches SW11 to SW13 of the second switch circuit 34, and turning on the SW14 and SW15, only the armature winding of the first linear motor 21 is obtained. Connected to the inverter 31. Further, the switches SW1 to SW3 of the first switch circuit 33 are turned off, the switches SW11 to SW13 of the second switch circuit 34 are turned on, and SW14 and SW15 are turned off, whereby the first linear motor 21 and the second linear motor 22 are switched. An armature winding is connected to the inverter 31 in series. On the other hand, the first linear motor 21 and the second linear motor 22 are turned on by turning on the switches SW1 to SW3 of the first switch circuit 33, turning off the switches SW11 to SW13 of the second switch circuit 34, and turning on SW14 and SW15. Are connected to the inverter 31 in parallel.

このように本発明に係る制振装置100は、可動マス20を駆動する複数のリニアモータ(第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22)を並設し、上記のように複数のリニアモータの接続を変更できる構成であるのが好ましい。それによって制振装置100の力量を調整することができるので、例えば対象構造物の振動の加速度に応じて制振装置100の力量を適切に調整することで、より高い制振効果を得ることができる。   As described above, the vibration damping device 100 according to the present invention includes a plurality of linear motors (the first linear motor 21 and the second linear motor 22) that drive the movable mass 20, and the plurality of linear motors as described above. It is preferable that the connection can be changed. As a result, the force of the vibration damping device 100 can be adjusted. For example, a higher vibration damping effect can be obtained by appropriately adjusting the force of the vibration damping device 100 according to the acceleration of vibration of the target structure. it can.

<アクティブ制御モード>
制御部32が実行する「アクティブ制御手段」としてのアクティブ制御モードは、可動マス20を能動的に往復動させることで建物の振動を抑制するように第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御する制御モードである。つまりアクティブ制御モードは、建物の振動によって可動マス20が往復動するのではなく、自ら能動的に可動マス20が往復動することによって建物の振動を低減する制御モードである。
<Active control mode>
In the active control mode as the “active control means” executed by the control unit 32, the first linear motor 21 and the second linear motor 22 are controlled so as to suppress vibration of the building by actively reciprocating the movable mass 20. It is a control mode to control. That is, the active control mode is a control mode in which the movable mass 20 is not reciprocated by the vibration of the building, but the vibration of the building is reduced by the reciprocating of the movable mass 20 by itself.

<パッシブ制御モード>
本発明に係る制振装置100において制御部32が実行する「パッシブ制御手段」としてのパッシブ制御モードについて、図3を参照しながら説明する。
図3は、パッシブ制御モードの制御ブロック図である。
<Passive control mode>
A passive control mode as “passive control means” executed by the control unit 32 in the vibration damping device 100 according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a control block diagram of the passive control mode.

制御部32は、パッシブ制御モードにおいては、対象構造物の振動によって可動マス20が受動的に往復動することで対象構造物の振動が抑制されるように、第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御する。より具体的には、例えば対象構造物の振動によって、対象構造物の振動と同じ周期で位相が90度遅れて可動マス20が振動するように、第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御する。   In the passive control mode, the control unit 32 causes the first linear motor 21 and the second linear so that the vibration of the target structure is suppressed by the reciprocating motion of the movable mass 20 by the vibration of the target structure. The motor 22 is controlled. More specifically, for example, the first linear motor 21 and the second linear motor 22 are arranged so that the movable mass 20 vibrates with a phase delayed by 90 degrees at the same cycle as the vibration of the target structure due to the vibration of the target structure. Control.

相対変位量演算部321は、リニアスケールセンサ23の出力信号に基づいて、対象構造物に対する可動マス20の相対変位量を演算する。微分要素部322は、対象構造物に対する可動マス20の相対変位量を微分して可動マス20の速度を演算する。   The relative displacement amount calculation unit 321 calculates the relative displacement amount of the movable mass 20 with respect to the target structure based on the output signal of the linear scale sensor 23. The differential element unit 322 calculates the speed of the movable mass 20 by differentiating the relative displacement amount of the movable mass 20 with respect to the target structure.

ばね要素部323は、ばね力が可動マス20に作用するばね要素として第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22が機能するように、第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御するためのばね力を演算する。より具体的には、ばね要素部323は、可動マス20の可動範囲の中心が釣り合い原点となるばね力−kxを演算する。ここでkは、ばね定数である。またxは、可動マス20の可動範囲の中心を原点とする可動マス20の位置であり、これは換言すれば、対象構造物に対する可動マス20の相対変位量である。さらにばね要素部323は、ばね定数kを任意の値に連続的に調整することができる。   The spring element portion 323 controls the first linear motor 21 and the second linear motor 22 so that the first linear motor 21 and the second linear motor 22 function as spring elements in which a spring force acts on the movable mass 20. The spring force is calculated. More specifically, the spring element portion 323 calculates a spring force −kx in which the center of the movable range of the movable mass 20 is the balance origin. Here, k is a spring constant. Further, x is the position of the movable mass 20 with the center of the movable range of the movable mass 20 as the origin, in other words, the relative displacement amount of the movable mass 20 with respect to the target structure. Further, the spring element portion 323 can continuously adjust the spring constant k to an arbitrary value.

減衰要素部324は、可動マス20に減衰力が作用する減衰要素として第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22が機能するように、第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御するための減衰力を演算する。より具体的には減衰要素部324は、可動マス20に作用させる減衰力−cvを演算する。ここでcは、減衰係数である。またvは、微分要素部322で演算して求めた可動マス20の速度である。さらに減衰要素部324は、減衰係数cを任意の値に連続的に調整することができる。   The damping element unit 324 controls the first linear motor 21 and the second linear motor 22 so that the first linear motor 21 and the second linear motor 22 function as a damping element in which a damping force acts on the movable mass 20. Calculate the damping force. More specifically, the damping element unit 324 calculates a damping force −cv that acts on the movable mass 20. Here, c is an attenuation coefficient. Further, v is the speed of the movable mass 20 calculated by the differential element unit 322. Further, the attenuation element unit 324 can continuously adjust the attenuation coefficient c to an arbitrary value.

加算要素部325は、ばね要素部323で演算したばね力と減衰要素部324で演算した減衰力を合算し、これを第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22の制御力とする。   The adding element unit 325 adds the spring force calculated by the spring element unit 323 and the damping force calculated by the damping element unit 324 and uses this as the control force of the first linear motor 21 and the second linear motor 22.

このように本発明に係る制振装置100は、対象構造物の振動によって可動マス20が受動的に往復動することで対象構造物の振動が抑制されるように、第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22を制御する。そのため機械式のパッシブ機構を設けることなく、機械式のパッシブ機構を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる。それによって機械式のパッシブ機構を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。また可動マス20の往復動を第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22で制御することによって、制振制御の制御定数を連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。したがって本発明に係る制振装置100によれば、よりきめ細かい制振制御が可能な制振装置を低コストで提供できる。   As described above, the vibration damping device 100 according to the present invention includes the first linear motor 21 and the first linear motor 21 so that the vibration of the target structure is suppressed by passively reciprocating the movable mass 20 by the vibration of the target structure. 2 The linear motor 22 is controlled. Therefore, it is possible to perform the same vibration damping control as that of the vibration damping device including the mechanical passive mechanism without providing the mechanical passive mechanism. Accordingly, a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of a vibration damping device including a mechanical passive mechanism can be realized at low cost. In addition, by controlling the reciprocating motion of the movable mass 20 with the first linear motor 21 and the second linear motor 22, the control constant of the vibration suppression control can be continuously adjusted, so that finer vibration suppression control is performed. Can do. Therefore, according to the vibration damping device 100 of the present invention, it is possible to provide a vibration damping device capable of finer vibration damping control at a low cost.

より具体的には、ばね要素部323で電気的にばね要素を実現することによって、機械式のばね要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。またばね要素部323で電気的にばね要素を実現することによって、ばね定数kを連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。ばね要素部323のばね定数kは、例えば可動マス20の往復動が対象構造物の固有振動数に同調するように、対象構造物の固有振動数の変動に応じて調整するのが好ましい。それによって対象構造物の固有振動数の変動に対して可動マス20の往復動を高精度に同調させることができるので、可動マス20の往復動が対象構造物の固有振動数に同調しなくなって充分な制振効果が得られなくなる虞を低減することができる。   More specifically, by realizing a spring element electrically with the spring element portion 323, a vibration damping device capable of performing vibration damping control similar to that of a vibration damping device including a mechanical spring element can be achieved at low cost. Can be realized. Further, since the spring constant k can be continuously adjusted by electrically realizing the spring element by the spring element portion 323, finer vibration damping control can be performed. The spring constant k of the spring element portion 323 is preferably adjusted according to the fluctuation of the natural frequency of the target structure so that the reciprocating motion of the movable mass 20 is synchronized with the natural frequency of the target structure, for example. As a result, the reciprocating motion of the movable mass 20 can be tuned with high accuracy with respect to the fluctuation of the natural frequency of the target structure, so that the reciprocating motion of the movable mass 20 is not synchronized with the natural frequency of the target structure. The possibility that a sufficient vibration damping effect cannot be obtained can be reduced.

さらに減衰要素部324で電気的に減衰要素を実現することによって、機械式の減衰要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。また減衰要素部324で電気的に減衰要素を実現することによって、減衰係数cを連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。減衰要素部324の減衰係数cは、例えば可動マス20の往復動幅が最適になるように、対象構造物の振動の加速度に応じて調整するのが好ましい。それによって対象構造物の振動の加速度にかかわらず、常に最適な往復動幅で可動マス20を往復動させることができるので、対象構造物の振動の加速度にかかわらず、常に高い制振効果を得ることができる。   Further, by electrically realizing the damping element by the damping element unit 324, it is possible to realize a vibration damping device capable of performing the same damping control as that of the vibration damping device including the mechanical damping element at low cost. . In addition, since the attenuation coefficient c can be continuously adjusted by electrically realizing the attenuation element by the attenuation element unit 324, finer vibration suppression control can be performed. The damping coefficient c of the damping element unit 324 is preferably adjusted according to the acceleration of vibration of the target structure so that, for example, the reciprocating width of the movable mass 20 is optimized. As a result, the movable mass 20 can always be reciprocated with the optimum reciprocating width regardless of the acceleration of the vibration of the target structure, so that a high damping effect is always obtained regardless of the acceleration of the vibration of the target structure. be able to.

さらにばね要素部323で電気的にばね要素を実現し、かつ減衰要素部324で電気的に減衰要素を実現することによって、対象構造物と可動マス20との間に介在する機械的な要素が一切不要になる。したがって当該実施例の制振装置100は、対象構造物と可動マス20との間に介在する機械的な要素に起因して可動マス20のストローク長(可動マス20の可動範囲の長さ)に制約が生ずることがない。それによって可動マス20のストローク長を従来の制振装置よりも長くすることができるので、従来の制振装置の可動マスよりも質量の小さい可動マス20で同じ力量の制振装置を実現することができる。   Furthermore, by realizing the spring element electrically with the spring element portion 323 and electrically with the damping element portion 324, the mechanical element interposed between the target structure and the movable mass 20 can be reduced. No need at all. Therefore, the vibration damping device 100 of the embodiment has a stroke length of the movable mass 20 (the length of the movable range of the movable mass 20) due to a mechanical element interposed between the target structure and the movable mass 20. There are no restrictions. As a result, the stroke length of the movable mass 20 can be made longer than that of the conventional vibration damping device, so that a vibration damping device having the same power can be realized with the movable mass 20 having a smaller mass than the movable mass of the conventional vibration damping device. Can do.

<制振制御>
本発明に係る制振装置100において制御部32が実行する制振制御について、図4を参照しながら説明する。
図4は、制振制御の手順を図示したフローチャートである。
<Vibration control>
The vibration suppression control executed by the control unit 32 in the vibration suppression device 100 according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a vibration suppression control procedure.

制御部32は、建物(対象構造物)の振動の加速度に応じて、上述したアクティブ制御モードによる制御とパッシブ制御モードによる制御とを切り替える。より具体的には制御部32は、建物の制振装置100が設置された部分の加速度を評価値として制御モードを切り換える。建物の加速度は、振動センサ40で検出し、絶対値で評価する。   The control unit 32 switches between the control in the active control mode and the control in the passive control mode according to the acceleration of the vibration of the building (target structure). More specifically, the control unit 32 switches the control mode using the acceleration of the part where the building vibration control device 100 is installed as an evaluation value. The acceleration of the building is detected by the vibration sensor 40 and evaluated by an absolute value.

まず制御モードをアクティブ制御モードに設定する(ステップS1)。つづいて建物の加速度が閾値Aを超えたか否かを判定する(ステップS2)。この閾値Aは、例えばアクティブ制御モードで充分な制振が可能な振動の限界値として、建物の構造や制振装置100の力量等に応じて適宜設定される値である。建物の加速度が閾値Aを超えていない場合には(ステップS2でNo)、そのままアクティブ制御モードにより制振制御を継続する。   First, the control mode is set to the active control mode (step S1). Subsequently, it is determined whether or not the acceleration of the building exceeds the threshold A (step S2). The threshold A is a value that is appropriately set according to the structure of the building, the power of the vibration damping device 100, and the like as a vibration limit value that allows sufficient vibration damping in the active control mode, for example. If the building acceleration does not exceed the threshold A (No in step S2), the vibration suppression control is continued in the active control mode.

建物の加速度が閾値Aを超えている場合には(ステップS2でYes)、つづいて建物の加速度が閾値Bを超えたか否かを判定する(ステップS3)。この閾値Bは、閾値Aより大きい加速度の値であり、例えば前述したパッシブ制御モードで充分な制振が可能な振動の限界値として、建物の構造や制振装置100の力量等に応じて適宜設定される値である。建物の加速度が閾値Bを超えていない場合には(ステップS3でNo)、前述したパッシブ制御モードに制御モードを設定する(ステップS4)。   If the acceleration of the building exceeds the threshold A (Yes in step S2), it is then determined whether the acceleration of the building exceeds the threshold B (step S3). The threshold value B is an acceleration value larger than the threshold value A. For example, the threshold value B is a vibration limit value that allows sufficient vibration suppression in the above-described passive control mode. The value to be set. If the building acceleration does not exceed the threshold B (No in step S3), the control mode is set to the above-described passive control mode (step S4).

建物の加速度が閾値Bを超えている場合には(ステップS3でYes)、制振装置100の作動を停止する(ステップS5)。つづいて建物の加速度が閾値B以下に低下したか否かを判定する(ステップS6)。より具体的には、建物の加速度が閾値B以下に低下した状態が予め設定した時間にわたって継続したか否かを判定する。建物の加速度が閾値B以下に低下していない場合には(ステップS6でNo)、そのまま制振装置100の作動を停止した状態を維持する(ステップS5)。そして建物の加速度が閾値B以下に低下した状態が予め設定した時間にわたって継続した場合には(ステップS6でYes)、制御モードをパッシブ制御モードに設定する(ステップS4)。   When the acceleration of the building exceeds the threshold B (Yes in Step S3), the operation of the vibration damping device 100 is stopped (Step S5). Next, it is determined whether or not the building acceleration has decreased to a threshold value B or less (step S6). More specifically, it is determined whether or not the state in which the acceleration of the building has decreased below the threshold value B has continued for a preset time. When the acceleration of the building has not decreased below the threshold value B (No in step S6), the state where the operation of the vibration damping device 100 is stopped is maintained as it is (step S5). When the state where the acceleration of the building has decreased below the threshold value B continues for a preset time (Yes in step S6), the control mode is set to the passive control mode (step S4).

パッシブ制御モードにおいては、建物の加速度が閾値A以下に低下したか否かを判定する(ステップS7)。より具体的には、建物の加速度が閾値A以下に低下した状態が予め設定した時間にわたって継続したか否かを判定する。建物の加速度が閾値A以下に低下していない場合には(ステップS7でNo)、ステップS3へ戻る。そして建物の加速度が閾値A以下に低下した状態が予め設定した時間にわたって継続した場合には(ステップS7でYes)、制御モードをアクティブ制御モードに設定する(ステップS1)。   In the passive control mode, it is determined whether or not the building acceleration has decreased to a threshold value A or less (step S7). More specifically, it is determined whether or not the state in which the acceleration of the building has decreased below the threshold value A has continued for a preset time. If the building acceleration has not decreased below the threshold A (No in step S7), the process returns to step S3. When the state where the acceleration of the building has decreased below the threshold A continues for a preset time (Yes in step S7), the control mode is set to the active control mode (step S1).

このように本発明に係る制振装置100は、アクティブ制御モードによる制御、及びパッシブ制御モードによる制御がいずれも第1リニアモータ21及び第2リニアモータ22の制御によって行われるのが好ましい。従来のハイブリッド方式の制振装置と同様の機能を実現しつつ、従来のハイブリッド方式の制振装置に設けられていたクラッチ機構等の切換装置が不要となる。それによって風による微少な振動から地震等による大きな振動まで広い範囲の振動に対応できる制振装置を低コストに実現することができる。   As described above, in the vibration damping device 100 according to the present invention, it is preferable that the control by the active control mode and the control by the passive control mode are both performed by the control of the first linear motor 21 and the second linear motor 22. While realizing the same function as that of the conventional hybrid vibration damping device, a switching device such as a clutch mechanism provided in the conventional hybrid vibration damping device becomes unnecessary. As a result, it is possible to realize a vibration damping device that can cope with a wide range of vibrations from minute vibrations caused by wind to large vibrations caused by earthquakes and the like at low cost.

<変形例>
本発明に係る制振装置100の変形例について、図5〜図7を参照しながら説明する。
<Modification>
A modification of the vibration damping device 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図5は、制振装置100の第1変形例を図示した制御ブロック図である。
制振装置100の第1変形例は、図3に図示した実施例の減衰要素部324に代えて、機械式の減衰機構51が設けられている。それ以外の構成は、上記説明した実施例と同様であるため、同一の構成要素については、同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 5 is a control block diagram illustrating a first modification of the vibration damping device 100.
In the first modification of the vibration damping device 100, a mechanical damping mechanism 51 is provided instead of the damping element portion 324 of the embodiment shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

このように本発明に係る制振装置100は、ばね要素を電気的なばね要素部323で実現し、減衰要素については機械式の減衰機構51とすることもできる。それによって機械式のばね要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。またばね要素部323で電気的にばね要素を実現することによって、ばね定数kを連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。   As described above, the vibration damping device 100 according to the present invention can realize the spring element with the electric spring element portion 323 and the mechanical damping mechanism 51 for the damping element. Accordingly, it is possible to realize a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of the vibration damping device including the mechanical spring element at a low cost. Further, since the spring constant k can be continuously adjusted by electrically realizing the spring element by the spring element portion 323, finer vibration damping control can be performed.

図6は、制振装置100の第2変形例を図示した制御ブロック図である。
制振装置100の第2変形例は、図3に図示した実施例のばね要素部323に代えて、機械式のばね機構52が設けられている。それ以外の構成は、上記説明した実施例と同様であるため、同一の構成要素については、同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 6 is a control block diagram illustrating a second modification of the vibration damping device 100.
In the second modification of the vibration damping device 100, a mechanical spring mechanism 52 is provided instead of the spring element portion 323 of the embodiment shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

このように本発明に係る制振装置100は、減衰要素を電気的な減衰要素部324で実現し、ばね要素については機械式のばね機構52とすることもできる。それによって機械式の減衰要素を備える制振装置と同様の制振制御を行うことができる制振装置を低コストに実現することができる。また減衰要素部324で電気的に減衰要素を実現することによって、減衰係数cを連続的に調整することができるので、よりきめ細かい制振制御を行うことができる。   As described above, in the vibration damping device 100 according to the present invention, the damping element can be realized by the electrical damping element portion 324, and the spring element can be a mechanical spring mechanism 52. Accordingly, it is possible to realize a vibration damping device that can perform the same vibration damping control as that of the vibration damping device including the mechanical damping element at a low cost. In addition, since the attenuation coefficient c can be continuously adjusted by electrically realizing the attenuation element by the attenuation element unit 324, finer vibration suppression control can be performed.

図7は、制振装置100の第3変形例を図示した制御ブロック図である。
制振装置100の第3変形例は、第2変形例の制振装置100に加えて、さらに第1リニアモータ21の電機子巻線L11〜L13及び第2リニアモータ22の電機子巻線L21〜L23を短絡させる可動子短絡装置35を備える。それ以外の構成は、第2変形例と同様であるため、同一の構成要素については、同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 7 is a control block diagram illustrating a third modification of the vibration damping device 100.
In addition to the vibration damping device 100 of the second modification, the third variation of the vibration damping device 100 further includes the armature windings L11 to L13 of the first linear motor 21 and the armature winding L21 of the second linear motor 22. A mover short-circuit device 35 for short-circuiting L23 is provided. Since the other configuration is the same as that of the second modified example, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

例えば第1リニアモータ21の電機子巻線L11〜L13を短絡した状態では、可動マス20の移動によって、その電機子巻線L11〜L13に誘導起電力が生じる。そして誘導起電力によって生じる電流が電機子巻線L11〜L13に流れると、起電力を生じさせた磁界と反対方向の磁界が発生し、それによって可動マス20に制動力が作用することになる。   For example, in a state where the armature windings L11 to L13 of the first linear motor 21 are short-circuited, an induced electromotive force is generated in the armature windings L11 to L13 due to the movement of the movable mass 20. When a current generated by the induced electromotive force flows through the armature windings L11 to L13, a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field that generated the electromotive force is generated, and thereby a braking force acts on the movable mass 20.

第3変形例の制御部32は、第1リニアモータ21又は第2リニアモータ22の可動子を短絡することによって生ずる制動力を減衰力として利用して、パッシブ制御モードによる制振制御を実行する。それによってより大きな減衰力を得ることができる。また例えば電機子巻線L11〜L13を短絡させる際に、抵抗を介して短絡させる構成とし、さらにその抵抗値を可変設定できるようにすれば、誘導起電力によって生じる電流を調整することができるので、可動子短絡によって生ずる制動力を調整することができる。   The control unit 32 of the third modified example executes vibration suppression control in the passive control mode by using the braking force generated by short-circuiting the mover of the first linear motor 21 or the second linear motor 22 as a damping force. . Thereby, a larger damping force can be obtained. In addition, for example, when the armature windings L11 to L13 are short-circuited, the current generated by the induced electromotive force can be adjusted if the resistance value is variably set when the short-circuiting is performed via a resistor. The braking force generated by the mover short circuit can be adjusted.

尚、本発明は、上記説明した実施例及び変形例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
例えば本発明に係る制振装置100は、上述したパッシブ制御モードのみで動作する制振装置とすることも可能であり、そのような態様においても本発明による作用効果を得ることができる。
Note that the present invention is not particularly limited to the above-described embodiments and modifications, and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims.
For example, the vibration damping device 100 according to the present invention can be a vibration damping device that operates only in the above-described passive control mode, and the effects of the present invention can also be obtained in such an aspect.

20 可動マス
21 第1リニアモータ
22 第2リニアモータ
23 リニアスケールセンサ
32 制御部
35 可動子短絡装置
100 制振装置
321 相対変位量演算部
322 微分要素部
323 ばね要素部
324 減衰要素部
325 加算要素部
20 movable mass 21 first linear motor 22 second linear motor 23 linear scale sensor 32 control unit 35 mover short-circuit device 100 damping device 321 relative displacement calculation unit 322 differential element unit 323 spring element unit 324 damping element unit 325 addition element Part

Claims (8)

水平方向へ往復動可能に対象構造物に支持される可動マスと、
前記可動マスを駆動するリニアモータと、
前記対象構造物の振動を検出する振動検出装置と、
前記水平方向における前記可動マスと前記対象構造物との間の相対変位を検出する相対変位検出装置と、
前記対象構造物の振動及び前記相対変位に基づいて前記リニアモータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記対象構造物の振動によって前記可動マスが受動的に往復動することで前記対象構造物の振動が抑制されるように前記リニアモータを制御するパッシブ制御手段を含む、制振装置。
A movable mass supported by the target structure so as to be capable of reciprocating in the horizontal direction;
A linear motor for driving the movable mass;
A vibration detecting device for detecting vibration of the target structure;
A relative displacement detection device for detecting a relative displacement between the movable mass and the target structure in the horizontal direction;
A control device for controlling the linear motor based on the vibration of the target structure and the relative displacement,
The control device includes a passive control unit that controls the linear motor such that vibration of the target structure is suppressed by passively reciprocating the movable mass due to vibration of the target structure. apparatus.
請求項1に記載の制振装置において、前記パッシブ制御手段は、前記可動マスの可動範囲の中心が釣り合い原点となるばね要素として前記リニアモータが機能するように前記リニアモータを制御する手段を含む、制振装置。   2. The vibration damping device according to claim 1, wherein the passive control means includes means for controlling the linear motor so that the linear motor functions as a spring element whose center of the movable range of the movable mass is a balance origin. , Damping device. 請求項2に記載の制振装置において、前記パッシブ制御手段は、前記対象構造物の固有振動数の変動に応じて前記ばね要素のばね定数を調整する手段を含む、制振装置。   3. The vibration damping device according to claim 2, wherein the passive control unit includes a unit that adjusts a spring constant of the spring element in accordance with a variation in a natural frequency of the target structure. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の制振装置において、前記パッシブ制御手段は、前記可動マスに減衰力が作用する減衰要素として前記リニアモータが機能するように前記リニアモータを制御する手段を含む、制振装置。   4. The vibration damping device according to claim 1, wherein the passive control unit controls the linear motor so that the linear motor functions as a damping element in which a damping force acts on the movable mass. 5. Damping device including means. 請求項4に記載の制振装置において、前記パッシブ制御手段は、前記対象構造物の振動の加速度に応じて前記減衰要素の減衰係数を調整する手段を含む、制振装置。   5. The vibration damping device according to claim 4, wherein the passive control means includes means for adjusting a damping coefficient of the damping element in accordance with acceleration of vibration of the target structure. 請求項4又は5に記載の制振装置において、前記リニアモータの可動子を短絡させる可動子短絡装置を備え、
前記パッシブ制御手段は、前記リニアモータの可動子短絡によって生ずる制動力を前記減衰力とする手段を含む、制振装置。
The vibration damping device according to claim 4 or 5, further comprising a mover short-circuit device that short-circuits the mover of the linear motor,
The said passive control means is a damping device containing the means which uses the braking force produced by the needle | mover short circuit of the said linear motor as the said damping force.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の制振装置において、複数の前記リニアモータが並設されている、制振装置。   The vibration damping device according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of linear motors are arranged in parallel. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の制振装置において、前記制御装置は、前記可動マスを能動的に往復動させることで前記対象構造物の振動を抑制するように前記リニアモータを制御するアクティブ制御手段と、
前記対象構造物の振動の加速度に応じて、前記アクティブ制御手段による制御と前記パッシブ制御手段による制御とを切り替える手段と、を含む、制振装置。
The vibration damping device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control device controls the linear motor to suppress vibration of the target structure by actively reciprocating the movable mass. Active control means to control;
A vibration control device comprising: means for switching between control by the active control means and control by the passive control means in accordance with acceleration of vibration of the target structure.
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