JP6276627B2

JP6276627B2 - 制振装置

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Publication number: JP6276627B2
Application number: JP2014068410A
Authority: JP
Inventors: 正典今関; 睦広風間; 裕二志賀
Original assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015190572A

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。

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。

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）。

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。

特開２０１０−２５５７９１号公報特開２０１２−０１３１２６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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、電気子巻線を可動子として有し、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電気的なばね要素及び電気的な減衰要素の少なくともいずれか一方として機能するよう制御するパッシブ制御手段を含む、制振装置である。

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電気的なばね要素及び電気的な減衰要素の少なくともいずれか一方として機能するよう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。

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。

＜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、少なくとも前記可動マスの可動範囲の中心が釣り合い原点となる前記電気的な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、特に、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。

＜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電気的な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、電気的な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電気的な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。

＜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、少なくとも前記可動マスに減衰力が作用する前記電気的な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、特に、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。

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電気的に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。

＜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電気的な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、電気的な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電気的な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。

＜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前記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前記可動子の短絡によって生ずる誘導起電力を生じさせた磁界と反対方向の磁界により作用す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誘導起電力を生じさせた磁界と反対方向の磁界により作用す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。

＜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。

＜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。

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。

本発明に係る制振装置の全体構成を図示した平面図。本発明に係る制振装置のモータ制御装置のブロック図。パッシブ制御モードの制御ブロック図。制振制御の手順を図示したフローチャート。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。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。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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、
電気子巻線を可動子として有し、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電気的なばね要素及び電気的な減衰要素の少なくともいずれか一方として機能するよう制御するパッシブ制御手段を含む、制振装置。
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、少なくとも前記可動マスの可動範囲の中心が釣り合い原点となる前記電気的な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。
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電気的なばね要素のばね定数を調整する手段を含む、制振装置。
請求項１−３のいずれか１項に記載の制振装置において、少なくとも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前記電気的な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。
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電気的な減衰要素の減衰係数を調整する手段を含む、制振装置。
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前記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前記可動子の短絡によって生ずる誘導起電力を生じさせた磁界と反対方向の磁界により作用する制動力を前記減衰力とする手段を含む、制振装置。
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。
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。