JPH01207574A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えばビル、アンテナ、原子力の制御盤な
どに代表される構造物の振動を低減する制振装置に関し
、特に油圧、空気圧、あるいは電磁制御による外部エネ
ルギーを利用したサーボ減衰器に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は、例えば特開昭６０−１２３６７５号公報に開
示された従来の構造物の制振装置を示す一部断面構成図
である。図において、ｌは地震などの外力を受けて振動
を生ずる構造物で、例えばビル、アンテナ、原子力の制
御盤などである。２は構造物ｌが設置される地盤、３は
構造物１の水平方向の振動を検出する第１の振動検出器
で、この例では加速度計である。１１は付加重錘８の水
平方向の振動を検出する第２の振動検出器で、この例で
は加速度計である。４はこれら第１．第２の振動検出器
３．１１からの検出信号を基にアクチュエータ６を制御
し、このアクチュエータ６の駆動部７に結合された付加
重錘８を駆動する制御回路である。９はアクチュエータ
６の静止部を構造物１に固定する取付は台、１０は付加
重錘８と構造物１間に押入されるばねである。

第６図は第５図の構造物の制振装置の制御システムを示
すブロック図である。図において、３は第１の振動検出
器、１１は第２の振動検出器、６はアクチュエータ、４
は制御回路で、この制御回路４内の４ａ、４＋）、４Ｃ
は積分回路、４ｄは演算回路である。

第７図は第５図の構造物の制振装置におけるアクチュエ
ータの一例を示す拡大断面図である。図において、６は
アクチュエータ、６ａは円筒状の永久磁石、６ｂは円柱
状のセンタボール、６ｃは励磁ヨーク、６ｄは駆動コイ
ル、６ｅは駆動コイル６ｄを支承するサポートであり、
サボー）６ｅの曲端には付加重錘８を固着し、直進往復
駆動自在とする。アクチュエータ６の静止部は取付は台
９を介して構造物１に固定されている。その他、７はア
クチュエータ６の駆動部、１ｏははねである。

次に、上記従来の構造物の制振装置の動作について、第
５図〜第７図を参照して説明する。構造物１が地震など
の外力による地盤振動を受けて水平方向に振動すると、
この構造物ｌの振動加速度は第１の振動検出器３により
、また付加重錘８の振動加速度は第２の振動検出器１１
によりそれぞれ電気信号として検出される。この電気信
号は制御回路４へ伝送され、積分回路４ａ、４ｂで１目
積分され振動速度信号となり、積分回路４ａを経て伝送
された構造物ｌの振動速度信号が積分回路４ｃで１目積
分され振動変位信号となる。各積分回路４ａ−４ｃから
の信号は各々の信号の位相。

ゲインを調節し所要の出力を得るよう演算回路４ｄで加
減算を行い、この演算回路４ｄの出力信号を基に電力増
幅してアクチュエータ６の駆動を制御し、付加重錘８を
駆動させる。このように、構造物１の撮動を検出する第
１の振動検出器３及び付加重錘８の振動を検出する第２
の振動検出器１１からの検出信号に応じてアクチュエー
タ６を駆動させるフィールドバックサーボ機構を構成す
る。

また、制御回路４からの制御信号、すなわち駆動電流は
アクチュエータ６の駆動コイル６ｄに供給され、その結
果、電磁効果により駆動コイル６ｄには電磁力が発生し
、駆動コイル６ｄを支承するサポート６　ｅ、　　駆動
部７を介して付加重錘８を水平駆動させる。

この時、制御回路４内の積分回路４ａ〜４ｃ及び演算回
路４ｄの機能は次のようになる。まず、第１の振動検出
器３から積分回路４ａを経てアクチュエータ６に至る制
御系は、構造物ｌの撮動速度に応じた駆動力であるダン
ピング力を構造物ｌへ付与する機能を有し、構造物１の
減衰特性、すなわち動的剛性の改善を行う。積分回路４
ｃからアクチュエータ６に至る制御系は、構造物ｌの振
動変位に応じた駆動力を構造物ｌへ付与する機能を有し
、構造物１のはね特性、すなわち静的特性の改善を行う
。付加重錘８に装着する第２の振動検出器１１から積分
回路４１〕を経てアクチュエータ６に至る制御系は、付
加重錘８の振動速度に応じた駆動力を発生するもので、
これは付加重錘８にダンピング力を与え、付加重錘８の
発振を抑制して安定化を図るものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来の構造物の制振装置は以上のように構成さ
れているので、構造物ｌの減衰特性の改外には有効であ
るが、地震などの大きな加速度が構造物１に作用した場
合にも効果的に振動低減を行うためには、付加重錘８を
非常に重くするか、あるいはアクチュエータ６を駆動す
るために非常に大きな電力を要するので、構造物ｌに搭
載する装置が大型化するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、付加重錘を小さく軽くできると共に、アクチ
ュエータの駆動に要する電力を減少でき、構造物に搭載
する部分が小型で高性能な構造物の制振装置を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る構造物の制御辰装置は、地震などの外力
による振動入力が第２の基盤に作用した時、第１の基盤
上に設置された構造物に作用する加速度を低減するため
、水平方向に揺動自在な支持体と水平方向に伸縮する流
体ダンパを備え、さらに構造物に装着されたアクチュエ
ータと、このアクチュエータにより駆動される付加重錘
と、構造物の振動を検出する第１の振動検出器と、付加
重錘の振動を検出する第２の振動検出器と、第１の振動
検出器の検出信号から得た構造物の振動速度信号、及び
第２の振動検出器の検出信号から得た付加重錘の振動速
度信号に基いてアクチュエータを制御し、付加重錘を駆
動させる制御回路とを備えることにより、構造物に振動
減衰力を発生させるようにしたものである。

［作用］ この発明の構造物の制振装置においては、地震などの外
力による振動人力が第２の基盤に作用した時、水平方向
に揺動自在な支持体と水平方向に伸縮する流体ダンパに
より第１の基盤に発生する加速度が低減されるため、構
造物に発生する加速度が低減され、その結果、構造物上
に装着されたアクチュエータと付加重錘によって構造物
に作用させる制御力が小さくて済むことになるので、付
加重錘を小さく軽くでき、またアクチュエータの駆動に
要する電力を減少でき、これにより、構造物に搭載する
部分が小型で高性能な構造物の制振装置が得られる。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置を
示す一部断面構成図、第２図は第１図の構造物の制振装
置における支持体を示す斜視図である。第１図において
、１３は第１の基盤１２と第２の基盤２（第５図に示す
地盤に相当する）の間に挿入された支持体である。第２
図に支持体１３の構造が示されており、この例では金属
板１３ａとゴム板１３ｂを交互にそれぞれ２０〜３０枚
積層した構造を有する。また、支持体１３の上下面の金
属板１３ａはそれぞれ溶接などにより第１の基盤１２及
び第２の基盤２に固定され、第１の基盤１２の鉛直方向
に荷重に対しては十分に剛であり、第１の基盤１２の水
平方向に対しては軟らかいばね特性が実現できる。１４
は第１の基盤１２と第２の基盤２の間に挿入された流体
ダンパで、この例では油圧ダンパてあり、水平方向に伸
縮することができる。その他第１図において、３は構造
物ｌの水平方向の振動を検出する第１の振動検出器で、
この例では加速度計である。１１ζま付加重錘８の水平
方向の振動を検出する第２の振動検出器で、この例では
加速度計である。４は制御回路で、この制御回路４はこ
れら第１．第２の振動検出器３．１１からの検出信号を
基にアクチュエータ６を制御し、このアクチュエータ６
の駆動部７に結合された付加重錘８を駆動させるもので
ある。９はアクチュエータ６の静止部を構造物ｌに固定
する取付は台、ｌＯは付加重錘８と構造物１間に挿入さ
れるばねである。

さてここで、この発明による構造物の制振装置の撮動低
減原理は、第２の基盤２に地震などの外力が作用し、構
造物ｌに制御力が作用した時に成立する次の方程式を前
提とする。

ただし、ｍｌ：支持体１３の質量 ｃｌ：支持体１３の減衰 １（１：支持体１３の剛性 ｘｌ：支持体１３の変位 Ｍ５：構造物１の質量 Ｋｓ：構造物ｌの剛性 ｘ５：構造物ｌの変位 ｍｄ：付加重錘８の質量 ｋｄ：付加重錘８の剛性 ｘｄ：付加重錘８の変位 ＺＨ：地震人力加速度 Ｕ　：制御力 ここで、制御力Ｕを次のように構成する。

Ｕ＝ｃｓｘｑ−（ｄ、７ｄ　　　−＋＋＋＋＋＋（２）
ただ腰　ｃ５：構造物速度フィードバックゲイン（動剛
性の改善） Ｃｄ：付加重錘速度フィードバックゲイン（安定化） 上記（＋）式に上記（２）式を代入すると、となり、上
記（３）式から分かるように支持体１３の撮動特性に影
響を与えることなく、それぞれのフィードバックゲイン
ｃ９＋　Ｃｄによって構造物１の各特性を改善すること
ができる。

第３図は第１図の構造物の制振装置のルＩ＃システムを
示すブロック図である。図において、４は制御回路であ
り、この制御回路４内の４ａ、４ｂは積分回路、４ｄは
演算回路である。積分回路４ａは第１の振動検出器３よ
り検出された構造物ｌの振動加速度信号を振動速度信号
に変換し、積分回路４ｂは第２の振動検出器１１より検
出された付加重錘８の振動加速度信号を振動速度信号に
変換する。また、演算回路４ｄは各積分回路４ａ。

４ｂからの信号を受けて所要の出力を得るように、上記
（３）式によって各々の信号の位相、ゲインを調整し加
減算を行う。演算回路４ｄの出力を基に電力増幅してア
クチュエータ６の駆動を制御し、付加重錘８を駆動させ
る。このように、構造物１の振動を検出する第１の振動
検出器３及び付加重錘８の振動を検出する第２の振動検
出器１１からの検出信号に応じて、アクチュエータ６を
駆動させるフィードバックサーボ機構を構成する。

次に、上記この発明の一実施例である構造物の制振装置
の動作について、第１図及び第３図を参照して説明する
。地震などの外力による地盤振動により第２の基盤２が
水平方向に振動した場合、支持体１３が剪断変形してこ
の振動を吸収し、第１の基盤１２には人力の１／３〜１
１５　のｔｌｉｉ動しか生じない。これによって、いわ
ゆる免震効果を得ることができる。また、第１の基盤１
２に生じた振動は流体ダンパ１４によって振動エネルギ
ーが消散され、その振動は速やかに減衰する。またこの
流体ダンパ１４を調整することによって、第１の基盤１
２と第２の基盤２の間に生じる相対変位を所定の範囲に
制限することができる。また、制御回路４内の各積分回
路４ａ、４ｂ及び演算回路４ｄのそれぞれの機能は次の
ようになる。

まず、第１の振動検出器３から積分回路４ａを経てアク
チュエータ６に至る制御系は、構造物１の振動速度に応
じた駆動力であるダンピング力を構造物ｌへ付与する機
能を有し、構造物ｌの減衰特性、すなわち動的剛性の改
善を行う。また、付加重錘８に装着する第２の振動検出
器１１から積分回路４ｂを経てアクチュエータ６に至る
制御系は、付加重錘８の振動速度に応じた駆動力を発生
ずるもので、これは付加重錘８にダンピング力を与え、
付加重錘８の発振を抑制して安定化を図るものである。

第４図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置と
従来例の構造物の制振装置において、地盤振動人力が作
用した時に、構造物に発生ずる振動加速度の大きさ及び
アクチュエータの駆動に要する電力の大きさと付加重錘
の質量の関係を比較して示す特性図である。第４図中で
、実線はこの発明の一実施例である構造物の制振装置に
よる場合を、点線は従来例の構造物の制振装置による場
合をそれぞれ示し、ム印は構造物ｌに発生する振動加速
度の大きさを、・印はアクチュエータ６の駆動に要する
電力の大きさをそれぞれ示している。

第４図に示す特性図から明らかなように、インパルス的
な９８０ｇａ　ｌの地盤振動人力が作用した時に、付加
重錘８の質量が同じの場合、この発明の一実施例と従来
例とを比へて、構造物１に発生する加速度が約５０％に
、アクチュエータ６の駆動に要する電力が約７０％に減
少し、これによりこの発明による制振効果が顕著に表わ
れる。また、付加重錘８の構造物ｌに対する質量比（ｍ
　ｄ　／Ｍ、）　　が０．０１と小さい場合でも、構造
物１に発生する振動加速度が約５５％に、アクチュエー
タ６の駆動に要する電力が約２４％に減少し、付加重錘
８が小さい場合にも十分な制振効果が得られるものであ
る。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、構造物の制振装置にお
いて、地震などの外力による振動人力が第２の基盤に作
用した時、第１の基盤上に設置された構造物に作用する
加速度を低減するため、水平方向に揺動自在な支持体と
水平方向に伸縮する流体ダンパを備え、さらに構造物に
装着されたアクチュエータと、このアクチュエータによ
り駆動される付加重錘と、構造物の振動を検出する第１
の振動検出器と、付加重錘の振動を検出する第２の振動
検出器と、第１の振動検出器の検出信号から得た構造物
の振動速度信号、及び第２の振動検出器の検出信号から
得た付加重錘の振動速度信号に基いてアクチュエータを
制御し、付加重錘を駆動させる制御回路とを備える構成
としたので、構造物の減衰特性を改善するために用いる
付加重錘を小さく軽くてきると共に、アクチュエータの
駆動に要する電力を減少でき、構造物に搭載する部分が
手甲で高性能な構造物の制振装置が得られるという優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である構造物の制振装置を
示す一部断面構成図、第２図は第１図の構造物の制振装
置における支持体を示す斜視図、第３図は第１図の構造
物の制振装置の制御システムを示すブロック図、第４図
はこの発明の一実施例である構造物の制振装置と従来例
の構造物の制振装置において、地盤振動人力が作用した
時に、構造物に発生する振動加速度の大きさ及びアクチ
ュエータの駆動に要する電力の大きさと付加重錘の質量
の関係を比較して示す特性図、第５図は従来の構造物の
制振装置を示す一部断面構成図、第６図は第５図の構造
物の制振装置の制御システムを示すブロック図、第７図
は第５図の構造物の制振装置におけるアクチュエータの
一例を示す拡大断面図である。 図において、ｌ・・・構造物、２・・・第２の基盤（地
官）、３・・・第１の振動検出器、４・・・制御回路、
４ａ、４））、４Ｃ・・・積分回路、４ｄ・・・演算回
路、６・・・アクチュエータ、６ａ・・・円筒状の永久
磁石、６ｂ・・・円柱状のセンタボール、６Ｃ・・・励
磁ヨーク、６ｄ・・・駆動コイル、６ｅ・・・サポート
、７・・・駆動部、８・・・付加重錘、９・・・取付は
台、ｌＯ・・・はね、１１・・・第２の振動検出器、１
２・・・第１の基盤、１３・・・支持体、１３ａ・・・
金属板、１３　ｂ・・・ゴム板、１４・・・流体ダンパ
　である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　外力を受けて振動する第２の基盤に対して構造物の下
   部に設置された第１の基盤を水平方向に揺動自在に支持
   する支持体と水平方向に伸縮する流体ダンパを、上記第
   １の基盤と上記第２の基盤の間に備え、さらに上記構造
   物に設置されたアクチュエータと、このアクチュエータ
   により駆動される付加重錘と、上記構造物の振動を検出
   する第１の振動検出器と、上記付加重錘の振動を検出す
   る第２の振動検出器と、上記第１の振動検出器の検出信
   号から得た上記構造物の振動速度信号、及び上記第２の
   振動検出器の検出信号から得た上記付加重錘の振動速度
   信号の両者に基いて上記アクチュエータを制御し、上記
   付加重錘を駆動させる制御回路とを備えたことを特徴と
   する構造物の制振装置。