JP2556580Y2 - 制振力発生装置 - Google Patents
制振力発生装置Info
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- JP2556580Y2 JP2556580Y2 JP9433191U JP9433191U JP2556580Y2 JP 2556580 Y2 JP2556580 Y2 JP 2556580Y2 JP 9433191 U JP9433191 U JP 9433191U JP 9433191 U JP9433191 U JP 9433191U JP 2556580 Y2 JP2556580 Y2 JP 2556580Y2
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- Japan
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- damping
- gyro
- spring
- curve
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この考案は、風や地震等に起因す
る構造物の振動を制御する制振力の発生装置に関するも
のである。
る構造物の振動を制御する制振力の発生装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】この種の制振力発生装置は従来から種々
のものが開発されている。しかし、それらは構造が複雑
で、重量が重く、しかも制振効果の精度がそれほど高く
ないという問題を有していた。かかる課題を解決するた
めに、本出願人は先に特願平１−１３６７２７号に記載
した制振力発生装置を提案した。この制振力発生装置で
は、いわゆるジャイロスタビライザが用いられ、図７に
示すように構造物１内に設置した回転体２を回転軸３の
周りに高速回転させ、例えば図７の水平Ｘ軸負方向に加
わる外力により構造物１及び回転体２に角速度Ω1 の回
転速度を生じた場合、前記回転体２にＸ軸周りにモーメ
ントＭ1 が発生し、更にこのモーメントＭ1 により回転
体のＸ軸周りに角速度Ω2 を生じさせることによって、
水平Ｙ軸周りにモーメントＭ2 を発生させ、このモーメ
ントＭ2 により構造物の曲げ変形とは逆方向に生じる曲
げ変形によって構造物の外力による曲げ変形を消去す
る。このジャイロモーメントにより構造物全体の固有振
動数を高めて外力との共振を回避する。
のものが開発されている。しかし、それらは構造が複雑
で、重量が重く、しかも制振効果の精度がそれほど高く
ないという問題を有していた。かかる課題を解決するた
めに、本出願人は先に特願平１−１３６７２７号に記載
した制振力発生装置を提案した。この制振力発生装置で
は、いわゆるジャイロスタビライザが用いられ、図７に
示すように構造物１内に設置した回転体２を回転軸３の
周りに高速回転させ、例えば図７の水平Ｘ軸負方向に加
わる外力により構造物１及び回転体２に角速度Ω1 の回
転速度を生じた場合、前記回転体２にＸ軸周りにモーメ
ントＭ1 が発生し、更にこのモーメントＭ1 により回転
体のＸ軸周りに角速度Ω2 を生じさせることによって、
水平Ｙ軸周りにモーメントＭ2 を発生させ、このモーメ
ントＭ2 により構造物の曲げ変形とは逆方向に生じる曲
げ変形によって構造物の外力による曲げ変形を消去す
る。このジャイロモーメントにより構造物全体の固有振
動数を高めて外力との共振を回避する。
【０００３】この制振力発生装置によれば、構造物の曲
げ変形をセンサ等により検出してその検出量に対応する
曲げ変形力を構造体に与えるという操作ないしは制御手
段を用いる必要がないので、構造が簡潔で、しかも精度
の高い制振効果を得ることができるという利点がある。
また制振力を得るために必要な回転体の重量は構造物の
重量に比して極めて軽量のもので足りるから、経済的に
も安価なコストで実施できるという利点もある。
げ変形をセンサ等により検出してその検出量に対応する
曲げ変形力を構造体に与えるという操作ないしは制御手
段を用いる必要がないので、構造が簡潔で、しかも精度
の高い制振効果を得ることができるという利点がある。
また制振力を得るために必要な回転体の重量は構造物の
重量に比して極めて軽量のもので足りるから、経済的に
も安価なコストで実施できるという利点もある。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】前記従来の制振力発生
装置にはこれといった問題点はない。しかし、建設設計
業界ではより一層制振効果の高い制振力発生装置が望ま
れている。この考案はかかる要望に呼応して開発された
ものであり、前記ジャイロスタビライザに適切な減衰機
構とばね機構とを付加することにより、より一層制振効
果の高い制振力発生装置を提供するものである。
装置にはこれといった問題点はない。しかし、建設設計
業界ではより一層制振効果の高い制振力発生装置が望ま
れている。この考案はかかる要望に呼応して開発された
ものであり、前記ジャイロスタビライザに適切な減衰機
構とばね機構とを付加することにより、より一層制振効
果の高い制振力発生装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この考案の制振力発生装
置は、風や地震等に起因する構造物の振動を制御する制
振力発生装置であって、構造物内に水平に設置した回転
体を鉛直な回転軸の周りに高速回転させることにより構
造物の曲げ変形とは逆方向に曲げ変形を生じさせるジャ
イロスタビライザに、構造物の共振応答値を低減する減
衰値を有する減衰機構と、構造物の共振応答値を低減す
るばね定数を有するばね機構とを取付けたことを特徴と
するものである。
置は、風や地震等に起因する構造物の振動を制御する制
振力発生装置であって、構造物内に水平に設置した回転
体を鉛直な回転軸の周りに高速回転させることにより構
造物の曲げ変形とは逆方向に曲げ変形を生じさせるジャ
イロスタビライザに、構造物の共振応答値を低減する減
衰値を有する減衰機構と、構造物の共振応答値を低減す
るばね定数を有するばね機構とを取付けたことを特徴と
するものである。
【０００６】
【作用】この考案の制振力発生装置においては、前記ジ
ャイロスタビライザに構造物の共振応答値を低減する減
衰値を有する減衰機構と構造物の共振応答値を低減する
ばね定数を有するばね機構とが取付けられているので、
ジャイロスタビライザの歳差運動による構造物の共振回
避性能に相まって、構造物の振動エネルギーが該減衰機
構により効率良く吸収され、ばね機構により該振動エネ
ルギーが増加するのを防止されることにより有効に制御
される。
ャイロスタビライザに構造物の共振応答値を低減する減
衰値を有する減衰機構と構造物の共振応答値を低減する
ばね定数を有するばね機構とが取付けられているので、
ジャイロスタビライザの歳差運動による構造物の共振回
避性能に相まって、構造物の振動エネルギーが該減衰機
構により効率良く吸収され、ばね機構により該振動エネ
ルギーが増加するのを防止されることにより有効に制御
される。
【０００７】
【実施例】本考案の減衰機構付制振力発生装置の一実施
例を図１に基づいて詳述する。図に示す減衰機構付制振
力発生装置のジャイロスタビライザ４は、従前と同様
に、構造物１内に二つの支持台５を設置し、この支持台
５に水平方向のＸ軸周りに回転可能なビーム６を支持
し、このビーム６に直径方向両端が取付けられた円形中
空フレーム７の鉛直方向中心線上に、回転軸３を回転可
能に支承し、該フレーム７内に配設した円板状の回転体
２を、回転軸３に取りつけた構成のものであり、図示し
ない駆動機構により、前記回転体２は図１の矢印ａ方向
に高速回転されるようにしてある。
例を図１に基づいて詳述する。図に示す減衰機構付制振
力発生装置のジャイロスタビライザ４は、従前と同様
に、構造物１内に二つの支持台５を設置し、この支持台
５に水平方向のＸ軸周りに回転可能なビーム６を支持
し、このビーム６に直径方向両端が取付けられた円形中
空フレーム７の鉛直方向中心線上に、回転軸３を回転可
能に支承し、該フレーム７内に配設した円板状の回転体
２を、回転軸３に取りつけた構成のものであり、図示し
ない駆動機構により、前記回転体２は図１の矢印ａ方向
に高速回転されるようにしてある。
【０００８】次にこのジャイロスタビライザの作用につ
いて説明する。前記Ｘ軸に直交する水平方向軸をＹ軸と
して、いま、簡略のために構造物１への外力による振動
が、Ｘ軸負方向からだけ加えられたものとすると、この
振動により図６ａに示す構造物１に生じた回転変形θA
（角速度Ω1 ）に伴って、回転体２には構造物１と同一
の角速度Ω1 が与えられるので、Ｘ軸周りには図１に示
す矢印方向のモーメントＭ1 が発生する。そしてこのモ
ーメントＭ1 によってＸ軸周りに角速度Ω2 を与えられ
るので、Ｙ軸周りには図１に示す矢印方向のモーメント
Ｍ2 が発生することになる。このモーメントＭ2 は支持
台５を介して構造物１にＮなる鉛直方向力（偶力）とし
て作用する。このようにして発生したモーメントＭ2 に
より、図６ａに示す構造物１の曲げ変形δA とは逆方向
の曲げ変形δB が図６ｂのように生じるから、このδB
によってδA が相殺されて振動が制御される。
いて説明する。前記Ｘ軸に直交する水平方向軸をＹ軸と
して、いま、簡略のために構造物１への外力による振動
が、Ｘ軸負方向からだけ加えられたものとすると、この
振動により図６ａに示す構造物１に生じた回転変形θA
（角速度Ω1 ）に伴って、回転体２には構造物１と同一
の角速度Ω1 が与えられるので、Ｘ軸周りには図１に示
す矢印方向のモーメントＭ1 が発生する。そしてこのモ
ーメントＭ1 によってＸ軸周りに角速度Ω2 を与えられ
るので、Ｙ軸周りには図１に示す矢印方向のモーメント
Ｍ2 が発生することになる。このモーメントＭ2 は支持
台５を介して構造物１にＮなる鉛直方向力（偶力）とし
て作用する。このようにして発生したモーメントＭ2 に
より、図６ａに示す構造物１の曲げ変形δA とは逆方向
の曲げ変形δB が図６ｂのように生じるから、このδB
によってδA が相殺されて振動が制御される。
【０００９】本考案の制振力発生装置では前記ジャイロ
スタビライザに減衰機構が取付けられている。この減衰
機構８は構造物１の共振応答値を低減する減衰値を有す
るものである。この減衰機構８は、前記ビーム６に取付
けられたプレート１６と、それに対向するプレート１７
間に適宜の粘性体を介在したものであり、該ビーム６と
共にプレート１６が回転すると、前記対向プレート１７
との間の粘性体の粘性抵抗によりプレート１６及びビー
ム６の回転が減衰されるようにしたものである。
スタビライザに減衰機構が取付けられている。この減衰
機構８は構造物１の共振応答値を低減する減衰値を有す
るものである。この減衰機構８は、前記ビーム６に取付
けられたプレート１６と、それに対向するプレート１７
間に適宜の粘性体を介在したものであり、該ビーム６と
共にプレート１６が回転すると、前記対向プレート１７
との間の粘性体の粘性抵抗によりプレート１６及びビー
ム６の回転が減衰されるようにしたものである。
【００１０】更に本考案では前記ジャイロスタビライに
ばね機構が取付けられている。このばね機構２０は、前
記減衰機構８と同様に、構造物の共振応答値を低減する
ばね定数を有するものである。この実施例では前記支持
台５と中空フレーム７との間のビーム６の外側にばねが
設けられており、ばねの片側を支持台５に、もう一方を
中空フレーム７に取付けており、これによりジャイロス
タビライザ４の回転軸３を鉛直方向に保つ力が働くよう
にしてある。
ばね機構が取付けられている。このばね機構２０は、前
記減衰機構８と同様に、構造物の共振応答値を低減する
ばね定数を有するものである。この実施例では前記支持
台５と中空フレーム７との間のビーム６の外側にばねが
設けられており、ばねの片側を支持台５に、もう一方を
中空フレーム７に取付けており、これによりジャイロス
タビライザ４の回転軸３を鉛直方向に保つ力が働くよう
にしてある。
【００１１】図２は本考案の制振力発生装置の他の実施
例である。この実施例に使用されたジャイロスタビライ
ザ４は前記図１の実施例のジャイロスタビライザ４と全
く同一のものであるので、ここでは詳述しない。この実
施例の減衰装置８は、構造物１に固定されている支持具
９に回転自在に取付けられた支持軸１０と、該支持軸１
０の周囲に適宜間隔で放射状に固定された複数枚の羽根
１１と、こ のうち数枚の羽根１１が浸漬するシリコン
オイル等の粘性体１２と、該粘性体１２を収容する容器
１３とが備えられ、前記支持軸１０はジャイロスタビラ
イザ４のビーム６とプーリ１３，１４、ベルト１５によ
り連結されている。この減衰機構８ではジャイロスタビ
ライザ４のビーム６が回転すると支持軸１０が同方向に
回転し、それに伴って前記羽根１１も回転するが、この
うち粘性体１２中に浸漬している羽根１１には流動抵抗
が発生し、これにより支持軸１０及びビーム６の回転が
減衰される。この減衰機構としては他にもジャイロスタ
ビライザのビーム６の周囲に、電気的に減衰力を付加す
る電磁式ダンパ等を用いることもできる。
例である。この実施例に使用されたジャイロスタビライ
ザ４は前記図１の実施例のジャイロスタビライザ４と全
く同一のものであるので、ここでは詳述しない。この実
施例の減衰装置８は、構造物１に固定されている支持具
９に回転自在に取付けられた支持軸１０と、該支持軸１
０の周囲に適宜間隔で放射状に固定された複数枚の羽根
１１と、こ のうち数枚の羽根１１が浸漬するシリコン
オイル等の粘性体１２と、該粘性体１２を収容する容器
１３とが備えられ、前記支持軸１０はジャイロスタビラ
イザ４のビーム６とプーリ１３，１４、ベルト１５によ
り連結されている。この減衰機構８ではジャイロスタビ
ライザ４のビーム６が回転すると支持軸１０が同方向に
回転し、それに伴って前記羽根１１も回転するが、この
うち粘性体１２中に浸漬している羽根１１には流動抵抗
が発生し、これにより支持軸１０及びビーム６の回転が
減衰される。この減衰機構としては他にもジャイロスタ
ビライザのビーム６の周囲に、電気的に減衰力を付加す
る電磁式ダンパ等を用いることもできる。
【００１２】またこの実施例におけるばね機構２０に
は、構造物１内に固定された固定台２１と前記ジャイロ
スタビライザ４の中空フレーム７の下端部との間にばね
が設けられている。これにより該ジャイロスタビライザ
４の回転軸は、その方向を鉛直方向に保つ力を受ける。
次に前記減衰値及びばね定数の算出方法について図３に
基づいて説明する。この算出方法は例えば構造物を一つ
の質点振動系と考え、それにジャイロスタビライザを取
付けたものとする１質点モデルによる解析例である。
は、構造物１内に固定された固定台２１と前記ジャイロ
スタビライザ４の中空フレーム７の下端部との間にばね
が設けられている。これにより該ジャイロスタビライザ
４の回転軸は、その方向を鉛直方向に保つ力を受ける。
次に前記減衰値及びばね定数の算出方法について図３に
基づいて説明する。この算出方法は例えば構造物を一つ
の質点振動系と考え、それにジャイロスタビライザを取
付けたものとする１質点モデルによる解析例である。
【００１３】ここで図に示すように質点の質量をｍ、質
点を支持するばね（本考案のばね機構とは異なる）の長
さをＬ、ばねの曲げ剛性をＥＩ、質点の水平運動の減衰
係数をｃ、ジャイロの歳差軸回りの回転慣性をＩｇ、ジ
ャイロの回転体の回転軸回りの回転慣性をＩｚ、ジャイ
ロの回転体の回転軸回りの回転角速度をω、ジャイロの
歳差運動の減衰係数（減衰値）をｃｇ、ジャイロの歳差
運動のばね定数をｋｇ、質点の水平変位をχ、質点のｙ
軸回りの回転角をθｙ、ジャイロ装置の歳差角をθｘ、
質点に作用する水平外力をＰ、ばねに生じる剪断力をＰ
ｘ、ばね上端に生じるモーメントをＭｍｙ、制振モーメ
ントをＭｇｙ、回転軸との節点でのモーメントをＭｘと
し、前記歳差運動とはジャイロの歳差軸回りの回転運動
を示し、歳差角とはジャイロの歳差軸回りの回転角を示
し、歳差軸とは軸Ａ−Ａ’（ビーム）を示し、回転軸と
は軸Ｂ−Ｂ’を示し、制振モーメントとは質点とジャイ
ロ間のモーメントを示すものとして、系に働く運動方程
式を考える。なお、このモデルでは質点はあくまでも点
であって、質点中心からばねまでの距離Ｌｍは０とす
る。
点を支持するばね（本考案のばね機構とは異なる）の長
さをＬ、ばねの曲げ剛性をＥＩ、質点の水平運動の減衰
係数をｃ、ジャイロの歳差軸回りの回転慣性をＩｇ、ジ
ャイロの回転体の回転軸回りの回転慣性をＩｚ、ジャイ
ロの回転体の回転軸回りの回転角速度をω、ジャイロの
歳差運動の減衰係数（減衰値）をｃｇ、ジャイロの歳差
運動のばね定数をｋｇ、質点の水平変位をχ、質点のｙ
軸回りの回転角をθｙ、ジャイロ装置の歳差角をθｘ、
質点に作用する水平外力をＰ、ばねに生じる剪断力をＰ
ｘ、ばね上端に生じるモーメントをＭｍｙ、制振モーメ
ントをＭｇｙ、回転軸との節点でのモーメントをＭｘと
し、前記歳差運動とはジャイロの歳差軸回りの回転運動
を示し、歳差角とはジャイロの歳差軸回りの回転角を示
し、歳差軸とは軸Ａ−Ａ’（ビーム）を示し、回転軸と
は軸Ｂ−Ｂ’を示し、制振モーメントとは質点とジャイ
ロ間のモーメントを示すものとして、系に働く運動方程
式を考える。なお、このモデルでは質点はあくまでも点
であって、質点中心からばねまでの距離Ｌｍは０とす
る。
【００１４】 θｙ’・Ｉｚ・ω＝−Ｍｘ ……… (1) Ｉｇ・θｘ”＋ｃｇ・θｘ’＋ｋｇ・θｘ＝Ｍｘ ……… (2) θｘ’・Ｉｚ・ω＝Ｍｇｙ ……… (3) Ｍｇｙ＋Ｍｍｙ＝０ ……… (4) ｍ・χ”＋ｃ・χ’＝Ｐ−Ｐｘ ……… (5) θｙ＝（Ｌ2 ／２ＥＩ）・Ｐｘ−（Ｌ／ＥＩ）・Ｍｍｙ ……… (6) χ＝（Ｌ3 ／３ＥＩ）・Ｐｘ−（Ｌ2 ／２ＥＩ）・Ｍｍｙ ……… (7) これらの運動方程式から前記ジャイロ歳差運動の減衰値
ｃｇをパラメータとする共振曲線方程式を求め、その最
大応答倍率が最小となるｃｇ値が減衰値の最適値とな
る。この共振曲線方程式を以下のようにして求める。
ｃｇをパラメータとする共振曲線方程式を求め、その最
大応答倍率が最小となるｃｇ値が減衰値の最適値とな
る。この共振曲線方程式を以下のようにして求める。
【００１５】 前記１式，２式より Ｉｇ・θｘ”＋ｃｇ・θｘ’＋ｋｇ・θｘ＝−θｙ’・Ｉｚ・ω……… (8) 前記４式，６式より θｙ＝（Ｌ2 ／２ＥＩ）・Ｐｘ＋（Ｌ／ＥＩ）・Ｍｇｙ ……… (9) 前記４式，７式より χ＝（Ｌ3 ／３ＥＩ）・Ｐｘ＋（Ｌ2 ／２ＥＩ）・Ｍｇｙ ………(10) 前記９式，１０式より Ｍｇｙ＝−６ＥＩ／Ｌ2 ・（χ−２／３・Ｌ・θｙ） ………(11) Ｐｘ＝１２ＥＩ／Ｌ3 ・（χ−１／２・Ｌ・θｙ） ………(12) 前記３式，１１式より θｘ’・Ｉｚ・ω＝−６ＥＩ／Ｌ2 ・（χ−２／３・Ｌ・θｙ）………(13) 前記５式，１２式より ｍ・χ”＋ｃ・χ’＝Ｐ−１２ＥＩ／Ｌ3 ・（χ−１／２・Ｌ・θｙ） ………(14) この１質点モデルに外力Ｐ＝Ｆ・cos ｐｔが作用した場
合を考える。前記質点のｙ軸回りの回転角：θｙ、ジャ
イロ装置の歳差角：θｘ、変位：χは、夫々の振幅：Θ
ｘ，Θｙ，Ａ，夫々の外力に対する位相差：Ｔｘ，ｙ軸
方向への位相差：Ｔｙ，変位方向への位相差：Ｔを用い
て以下のように表される。
合を考える。前記質点のｙ軸回りの回転角：θｙ、ジャ
イロ装置の歳差角：θｘ、変位：χは、夫々の振幅：Θ
ｘ，Θｙ，Ａ，夫々の外力に対する位相差：Ｔｘ，ｙ軸
方向への位相差：Ｔｙ，変位方向への位相差：Ｔを用い
て以下のように表される。
【００１６】 θｘ＝Θｘ・cos(ｐｔ−Ｔｘ） ………(15) θｙ＝Θｙ・cos(ｐｔ−Ｔｙ） ………(16) χ＝Ａ・cos(ｐｔ−Ｔ） ………(17) 但し、 Θｘ≧０，Θｙ≧０，Ａ≧０，−π＜Ｔｘ≦π，−π＜Ｔｙ≦π −π＜Ｔ≦π 前記８式に、１５式、１６式を代入して、これを特性方
程式と見なし、その特性根実部と虚部とから下記２１
式，２２式を得る。即ち、 Θｘ((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・sin(ｐｔ−Tx＋ tan-1((Igp2−kg)/cgｐ） ≡Θｙ・ｐ・Ｉｚω・sin(ｐｔ−Ｔｙ＋π） ………(18) ∴ Θｘ((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2＝Θｙｐ・Ｉｚω ………(19) Ｔｘ− tan-1((Igp2−kg)/cgｐ）＝Ｔｙ−π ………(20) １９式，２０式を変形して Θｘ＝Ｉｚωｐ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・Θｙ ………(21) Ｔｘ＝Ｔｙ＋ tan-1((Igp2−kg)/ cg ｐ）−π ………(22) 同様に前記１３式を展開して ｐIzωＬ2 ／６EI・Θｘ・ （cgｐ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・ sin（ｐｔ−Ｔｙ） − (Igp2−kg) ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・ cos（ｐｔ−Ｔｙ)) − 2/3・Ｌ・Θｙ・ cos（ｐｔ−Ｔｙ）＝−Ａ・ cos（ｐｔ−Ｔ）……(23) ここで Ｘ＝ｐ2(Izω)2Ｌ2 ／（６EI((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)) ………(24) とおくと、 Θｙ・((Ｘcgｐ)2＋（Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ)2)1/2・ sin（ｐｔ−Ｔｙ− tan-1((Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ）／（Ｘcgｐ)) ＝−Ａ・ sin（ｐｔ−Ｔ＋π／２）＝Ａ・ sin（ｐｔ−Ｔ−π／２） ………(25) ∴Θｙ＝((Ｘcgｐ)2＋（Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ)2) -1/2・Ａ ………(26) Ｔｙ＝Ｔ− tan-1((Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ）／Ｘcgｐ） ………(27) となる。
程式と見なし、その特性根実部と虚部とから下記２１
式，２２式を得る。即ち、 Θｘ((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・sin(ｐｔ−Tx＋ tan-1((Igp2−kg)/cgｐ） ≡Θｙ・ｐ・Ｉｚω・sin(ｐｔ−Ｔｙ＋π） ………(18) ∴ Θｘ((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2＝Θｙｐ・Ｉｚω ………(19) Ｔｘ− tan-1((Igp2−kg)/cgｐ）＝Ｔｙ−π ………(20) １９式，２０式を変形して Θｘ＝Ｉｚωｐ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・Θｙ ………(21) Ｔｘ＝Ｔｙ＋ tan-1((Igp2−kg)/ cg ｐ）−π ………(22) 同様に前記１３式を展開して ｐIzωＬ2 ／６EI・Θｘ・ （cgｐ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・ sin（ｐｔ−Ｔｙ） − (Igp2−kg) ／((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)1/2・ cos（ｐｔ−Ｔｙ)) − 2/3・Ｌ・Θｙ・ cos（ｐｔ−Ｔｙ）＝−Ａ・ cos（ｐｔ−Ｔ）……(23) ここで Ｘ＝ｐ2(Izω)2Ｌ2 ／（６EI((Igp2−kg)2＋(cg ｐ)2)) ………(24) とおくと、 Θｙ・((Ｘcgｐ)2＋（Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ)2)1/2・ sin（ｐｔ−Ｔｙ− tan-1((Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ）／（Ｘcgｐ)) ＝−Ａ・ sin（ｐｔ−Ｔ＋π／２）＝Ａ・ sin（ｐｔ−Ｔ−π／２） ………(25) ∴Θｙ＝((Ｘcgｐ)2＋（Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ)2) -1/2・Ａ ………(26) Ｔｙ＝Ｔ− tan-1((Ｘ(Igp2 −kg）＋2/3 Ｌ）／Ｘcgｐ） ………(27) となる。
【００１７】ここで、２６式の右辺＝Ｘ2 Ａ，２７式の
右辺＝Ｔ＋Ｔ1 としてＸ2 ，Ｔ1 をおく。同様に前記１
４式を展開し、更に２６式，２７式を代入すると、 ( cp＋(6EI/L2)X2 sinT1)sin(pt-T) ＋(-(12EI/L3−mp2)＋(6EI/L2)X2 cosT1) cos(pt−T)＝−（Ｆ／Ａ）cos pt ………(28) ここで cp＋(6EI/L2)X2 sinT1＝Ｄ1 ………(29) −(12EI/L3−mp2)＋(6EI/L2)X2 cosT1＝Ｄ2 ………(30) とおくと、 Ａ＝（Ｄ1 ＋Ｄ2 ）-1/2・Ｆ ………(31) Ｄ1 ≧０のとき、 Ｔ＝ tan-1（Ｄ2 ／Ｄ1 ）＋π／２ ………(32) となり、Ｄ1 ＜０のとき、 Ｔ＝ tan-1（Ｄ2 ／Ｄ1 ）−π／２ ………(33) この共振曲線方程式３１式を評価関数として、その最大
応答倍率が最小となる減衰係数ｃｇを前述した減衰機構
８の減衰値に設定し、該最大応答倍率が最小となるばね
定数ｋｇを前述したばね機構２０のばね定数に設定すれ
ばよい。そして前記位相差方程式３２式，３３式におい
てその特性曲線ができるだけ極点をもたないことが制振
装置の一つの評価指標となる。
右辺＝Ｔ＋Ｔ1 としてＸ2 ，Ｔ1 をおく。同様に前記１
４式を展開し、更に２６式，２７式を代入すると、 ( cp＋(6EI/L2)X2 sinT1)sin(pt-T) ＋(-(12EI/L3−mp2)＋(6EI/L2)X2 cosT1) cos(pt−T)＝−（Ｆ／Ａ）cos pt ………(28) ここで cp＋(6EI/L2)X2 sinT1＝Ｄ1 ………(29) −(12EI/L3−mp2)＋(6EI/L2)X2 cosT1＝Ｄ2 ………(30) とおくと、 Ａ＝（Ｄ1 ＋Ｄ2 ）-1/2・Ｆ ………(31) Ｄ1 ≧０のとき、 Ｔ＝ tan-1（Ｄ2 ／Ｄ1 ）＋π／２ ………(32) となり、Ｄ1 ＜０のとき、 Ｔ＝ tan-1（Ｄ2 ／Ｄ1 ）−π／２ ………(33) この共振曲線方程式３１式を評価関数として、その最大
応答倍率が最小となる減衰係数ｃｇを前述した減衰機構
８の減衰値に設定し、該最大応答倍率が最小となるばね
定数ｋｇを前述したばね機構２０のばね定数に設定すれ
ばよい。そして前記位相差方程式３２式，３３式におい
てその特性曲線ができるだけ極点をもたないことが制振
装置の一つの評価指標となる。
【００１８】つぎにこの減衰機構が取付けられた制振力
発生装置の作用について説明する。図４，図５は種々の
制振装置を構造物に設置して構造物の応答倍率を計算し
た結果である。同図は横軸に外力（振動数を振動体の固
有振動数で除した）無次元振動数を、縦軸に応答倍率
（無単位系）をとった構造物の共振曲線であり、前記１
質点モデルでの解析例である。ちなみにこの構造物の減
衰定数ｈ＝０．０１として解析した。
発生装置の作用について説明する。図４，図５は種々の
制振装置を構造物に設置して構造物の応答倍率を計算し
た結果である。同図は横軸に外力（振動数を振動体の固
有振動数で除した）無次元振動数を、縦軸に応答倍率
（無単位系）をとった構造物の共振曲線であり、前記１
質点モデルでの解析例である。ちなみにこの構造物の減
衰定数ｈ＝０．０１として解析した。
【００１９】また図に示す曲線１( Off ）はジャイロス
タビライザのない場合の共振応答値、曲線２（On，ばね
なし，減衰係数cg＝０）は減衰機構のないジャイロスタ
ビライザだけの場合の共振応答値、曲線３（On，ばねな
し，減衰係数cg＝最適値）は前記共振方程式から得た最
適減衰値を有する減衰機構付ジャイロスタビライザの場
合の共振応答値、曲線４（On，ばね有り，減衰係数cg＝
最適値，ばね定数kg＝最適値）は前記共振方程式から得
た最適減衰値とばね定数とを有する本考案のばね機構及
び減衰機構付ジャイロスタビライザの場合の共振応答値
を示す。なお、曲線１と曲線２との交点をＤとする。
タビライザのない場合の共振応答値、曲線２（On，ばね
なし，減衰係数cg＝０）は減衰機構のないジャイロスタ
ビライザだけの場合の共振応答値、曲線３（On，ばねな
し，減衰係数cg＝最適値）は前記共振方程式から得た最
適減衰値を有する減衰機構付ジャイロスタビライザの場
合の共振応答値、曲線４（On，ばね有り，減衰係数cg＝
最適値，ばね定数kg＝最適値）は前記共振方程式から得
た最適減衰値とばね定数とを有する本考案のばね機構及
び減衰機構付ジャイロスタビライザの場合の共振応答値
を示す。なお、曲線１と曲線２との交点をＤとする。
【００２０】まず図４ｂであるが、これは振動体即ち構
造物のばね剛性に対してジャイロスタビライザの容量Ｉ
ｚωが大きい場合の計算例である。この計算例では曲線
３における減衰係数ｃｇを１．０に設定し、曲線４にお
ける減衰係数ｃｇを０．８１，ばね定数ｋｇをジャイロ
の歳差固有周期が０．９６となる数値に設定した。この
ようにジャイロスタビライザの容量が大きい場合には、
該ジャイロスタビライザによる振動体の見かけ上の剛性
強化率が大きくなり、従って曲線２の共振振動数が高く
なるので、ジャイロスタビライザなしの曲線１との交点
Ｄでの応答倍率は低い。曲線３における共振振動数での
応答倍率は前記交点Ｄとほぼ同じとなるが、この点の応
答倍率が低いために曲線４の最大応答倍率も該交点にお
ける応答倍率のほぼ１／２程度としかならない。従っ
て、図４ａに示す曲線３の位相差にも極点がなく、曲線
４同様に比較的なだらかになっている。
造物のばね剛性に対してジャイロスタビライザの容量Ｉ
ｚωが大きい場合の計算例である。この計算例では曲線
３における減衰係数ｃｇを１．０に設定し、曲線４にお
ける減衰係数ｃｇを０．８１，ばね定数ｋｇをジャイロ
の歳差固有周期が０．９６となる数値に設定した。この
ようにジャイロスタビライザの容量が大きい場合には、
該ジャイロスタビライザによる振動体の見かけ上の剛性
強化率が大きくなり、従って曲線２の共振振動数が高く
なるので、ジャイロスタビライザなしの曲線１との交点
Ｄでの応答倍率は低い。曲線３における共振振動数での
応答倍率は前記交点Ｄとほぼ同じとなるが、この点の応
答倍率が低いために曲線４の最大応答倍率も該交点にお
ける応答倍率のほぼ１／２程度としかならない。従っ
て、図４ａに示す曲線３の位相差にも極点がなく、曲線
４同様に比較的なだらかになっている。
【００２１】一方、図５ｂは構造物のばね剛性に対して
ジャイロスタビライザの容量Ｉｚωが比較的小さい場合
の計算例である。この計算例では曲線３における減衰係
数ｃｇを０．８３に設定し、曲線４における減衰慶すｃ
ｇを０．３３，ばね定数ｋｇをジャイロの歳差固有周期
が０．９９となる数値に設定した。前記と逆にこの場合
は、ジャイロスタビライザによる質点の見かけ上の剛性
強化率が小さくなるので、曲線２の共振振動数は低くな
り、その分だけ曲線１との交点Ｄの応答倍率は高くな
る。そしてこのような場合にも曲線３の共振振動数にお
ける応答倍率もせいぜい交点Ｄよりやや低い程度であ
り、ジャイロスタビライザのない減衰機構だけの場合は
前記交点Ｄまでしか応答倍率を低減することができな
い。これに対して曲線４ではその最大応答倍率が曲線３
のそれに対して約１／３程度まで低減されている。この
様子は図５ａにおいて曲線３がはっきりとした極点を有
するのに対して曲線４は非常になだらかになっているこ
とからも伺われる。
ジャイロスタビライザの容量Ｉｚωが比較的小さい場合
の計算例である。この計算例では曲線３における減衰係
数ｃｇを０．８３に設定し、曲線４における減衰慶すｃ
ｇを０．３３，ばね定数ｋｇをジャイロの歳差固有周期
が０．９９となる数値に設定した。前記と逆にこの場合
は、ジャイロスタビライザによる質点の見かけ上の剛性
強化率が小さくなるので、曲線２の共振振動数は低くな
り、その分だけ曲線１との交点Ｄの応答倍率は高くな
る。そしてこのような場合にも曲線３の共振振動数にお
ける応答倍率もせいぜい交点Ｄよりやや低い程度であ
り、ジャイロスタビライザのない減衰機構だけの場合は
前記交点Ｄまでしか応答倍率を低減することができな
い。これに対して曲線４ではその最大応答倍率が曲線３
のそれに対して約１／３程度まで低減されている。この
様子は図５ａにおいて曲線３がはっきりとした極点を有
するのに対して曲線４は非常になだらかになっているこ
とからも伺われる。
【００２２】実際の構造物を想定した場合、この構造物
のばね剛性に対するジャイロスタビライザの容量は前記
図４の計算例よりも遙かに小さくなる。従って、実構造
物における前記曲線４の最大応答倍率の曲線３の最大応
答倍率に対する低減率は更に大きくなり、ばね機構の効
果は相対的に大きくなる。以上のようにジャイロスタビ
ライザの歳差運動に対して適切な減衰係数の減衰機構と
適切なばね定数のばね機構とを付加することは、実構造
物の制振作用に有効であることがわかる。
のばね剛性に対するジャイロスタビライザの容量は前記
図４の計算例よりも遙かに小さくなる。従って、実構造
物における前記曲線４の最大応答倍率の曲線３の最大応
答倍率に対する低減率は更に大きくなり、ばね機構の効
果は相対的に大きくなる。以上のようにジャイロスタビ
ライザの歳差運動に対して適切な減衰係数の減衰機構と
適切なばね定数のばね機構とを付加することは、実構造
物の制振作用に有効であることがわかる。
【００２３】
【考案の効果】以上説明したように本考案の制振力発生
装置によれば、ジャイロスタビライザに、構造物の共振
応答値を低減する減衰値を有する減衰機構と、構造物の
共振応答値を低減するばね定数を有するばね機構とが取
付けられているので、ジャイロスタビライザの歳差運動
による構造物の共振低減性能に相まって構造物の振動エ
ネルギーが吸収されて振動が有効に制御され、極めて大
きな制振力を得ることができる。
装置によれば、ジャイロスタビライザに、構造物の共振
応答値を低減する減衰値を有する減衰機構と、構造物の
共振応答値を低減するばね定数を有するばね機構とが取
付けられているので、ジャイロスタビライザの歳差運動
による構造物の共振低減性能に相まって構造物の振動エ
ネルギーが吸収されて振動が有効に制御され、極めて大
きな制振力を得ることができる。
【図１】本考案の制振力発生装置の一実施例を示す斜視
図である。
図である。
【図２】本考案の制振力発生装置の他の実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】本考案の制振力発生装置における減衰値の算出
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図４】本考案の制振力発生装置及び比較例の作用説明
図であり、（ａ）は位相差特性図、（ｂ）は共振応答値
特性図である。
図であり、（ａ）は位相差特性図、（ｂ）は共振応答値
特性図である。
【図５】本考案の制振力発生装置及び比較例の異なる作
用説明図であり、（ａ）は位相差特性図、（ｂ）は共振
応答値特性図である。
用説明図であり、（ａ）は位相差特性図、（ｂ）は共振
応答値特性図である。
【図６】構造物の曲げ変形と制振力発生装置による曲げ
変形の説明図である。
変形の説明図である。
【図７】従来の制振力発生装置の一例を示す斜視図であ
る。
る。
１は構造物 ２は回転体 ３は回転軸 ４はジャイロスタビライザ ５は支持台 ６はビーム ７はフレーム ８は減衰機構 ２０はばね機構
Claims (1)
- 【請求項１】 風や地震等に起因する構造物の振動を制
御する制振力の発生装置であって、構造物内に設置した
回転体を回転軸の周りに高速回転させることにより構造
物の曲げ変形とは逆方向に曲げ変形を生じさせるジャイ
ロスタビライザに、構造物の共振応答値を低減する減衰
値を有する減衰機構と、構造物の共振応答値を低減する
ばね定数を有するばね機構とを取付けたことを特徴とす
る制振力発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9433191U JP2556580Y2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 制振力発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9433191U JP2556580Y2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 制振力発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545282U JPH0545282U (ja) | 1993-06-18 |
| JP2556580Y2 true JP2556580Y2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=14107305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9433191U Expired - Lifetime JP2556580Y2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 制振力発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556580Y2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP9433191U patent/JP2556580Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0545282U (ja) | 1993-06-18 |
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